肘形进水流道几何参数对轴流泵装置性能影响的数值模拟研究

论文摘要

进水流道是泵站前池和水泵叶轮室之间的一个过渡段,是为了使水流从前池到进入叶轮室的过程中能够更好的转向和加速,以尽量满足水泵叶轮室进口所要求的水力设计条件。进口流态不好,将直接影响叶轮室内水流流态,可能会产生脱流等现象,从而影响水泵装置性能。为了让泵装置获得较好的性能,设计出参数较合理的进水流道从而获得较好的水流流态是十分必要的。肘形进水流道是大中型轴流泵站比较常用的一种进水流道形式。本文以某泵站肘形进水流道设计尺寸为背景,首先对整套轴流泵装置进行数值模拟计算。在计算时采用的控制方程是雷诺时均方程（N-S方程）,紊流模型为RNG K-ε模型,算法为SIMPLEC算法。通过对不同工况下的泵装置进行的数值模拟研究,得出了水流在泵装置内部流动流态、压力分布以及泵装置外特性,并与试验结果进行了对比,发现结果非常接近,说明数值模拟的方法比较可靠。为了分析不同几何参数下的肘形进水流道对泵装置性能的影响有何不同,本文通过改变肘形进水流道三个主要基本参数,共设计出27个方案,对每个方案3个工况进行数值模拟研究。通过数值模拟计算,得出了叶轮进口（即出水流道出口）断面流场和轴向流速分布均匀度,以及不同方案下的泵装置效率和扬程,从而得出结论：设计肘形进水流道时,可以尽量取L/D、H/D范围的上限值（其中L/D范围是3.5～4.5,H/D范围是1.5～2.0）,B/D取值2.256～2.5均可,可以得到使泵装置获得较好性能的肘形进水流道。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 研究的概况
• 1.2.1 模型试验研究
• 1.2.2 数值模拟方面
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 进水流道三维湍流计算理论
• 2.1 湍流基本特性
• 2.2 湍流基本控制方程
• 2.2.1 湍流基本方程
• 2.2.2 湍流控制方程
• 2.3 湍流计算模型
• 2.4 湍流控制方程组离散
• 2.4.1 有限体积法基本原理
• 2.4.2 有限体积法离散步骤
• 2.5 湍流控制方程组求解
• 2.6 湍流数值模拟方法
• 第3章 论文使用的FLUENT软件介绍
• 3.1 FLUENT软件简介
• 3.1.1 FLUENT软件基本构成
• 3.1.2 FLUENT软件计算流程
• 3.1.3 FLUENT软件应用领域
• 3.2 FLUENT前处理器
• 3.2.1 GAMBIT网格划分基础
• 3.2.2 GAMBIT网格划分步骤
• 3.2.3 FLUENT边界条件设定
• 3.3 FLUENT求解器
• 3.4 FLUENT后处理器
• 第4章 肘形进水流道对轴流泵装置性能影响的内部流场分析
• 4.1 模型泵装置及三维建模
• 4.1.1 泵装置参数
• 4.1.2 三维实体建模
• 4.2 数值模拟
• 4.2.1 控制方程与紊流模型
• 4.2.2 网格的生成
• 4.2.3 边界条件
• 4.3 轴流泵装置内部流场计算结果分析
• 4.3.1 叶轮及导叶出口流速分布
• 4.3.2 泵装置内部粒子迹线图
• 4.3.3 进水流道内流场
• 4.3.4 叶片表面流速分布
• 4.3.5 叶片表面压力分布
• 4.3.6 叶片轮毂、轮缘附近相对流速分布
• 4.4 模型泵装置试验
• 4.4.1 试验概况
• 4.4.2 测量方法
• 4.4.3 性能测试结果
• 4.5 数值模拟与模型试验结果的比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 不同几何参数下的肘形进水流道对轴流泵装置性能影响
• 5.1 肘形进水流道的设计
• 5.2 数值模拟方案
• 5.3 数值模拟与方案对比
• 5.3.1 三维建模与数值模拟
• 5.3.2 方案对比
• 5.3.3 结论
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附图：肘形进水流道轮廓图
• 附表：各方案计算结果
• 致谢