泵站进水口水流的三维数值分析

论文摘要

泵站进口极易产生旋涡,这种旋涡能引起流量降低、结构振动,降低了水泵的运行效率。严重时还将损伤建筑物,危及人身安全。因此研究进水口处的水流流动是很有必要的。国内较早开始了这方面的研究,研究重点也主要集中在进水口的水力特性上,针对旋涡结构的精细研究较少。本文采用有限体积法,在物理实验验证的基础上,对泵站进水口处的水流进行了较全面的数值模拟分析,得到的成果和结论如下: 1、对多个常见流动进行数值分析。在模型参数使用标准值的情况下,对常用紊流模型(标准k—ε模型、RNGk—ε模型、低雷诺数k—ε模型)的计算值的准确性作了较为详细的比较。结果表明,标准k—ε模型和RNGk—ε模型能较好的模拟出旋涡的个数、大小、位置和方向,得到与实验值较为一致的结果。数值计算不仅能正确预测宏观的水流流动特征,而且能正确预测流动的旋涡结构等精细的水流流动特征。 2、在实验模型验证的基础上,用标准k—ε模型对双进水口水流流态进行了详细的数值分析。从流速分布、流线变化、旋涡结构等角度,讨论了不同孔口间距和不同孔口流速对进水口流场的影响。计算结果发现改变孔口间距或者改变孔口流速对于某种旋涡的生成有比较好的抑止作用,但是却同时助长了其它旋涡的生成。因此,工程设计中应综合考虑各影响因素的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出及研究的意义
• 1.2 进水口旋涡的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 CFX简介
• 2.1 CFX功能介绍
• 2.2 CFX商业软件各模块组成及其关系
• 2.3 CFX使用简介
• 第三章 流动分析的数学模型及数值方法
• 3.1 粘性不可压缩流体的运动方程及其时均化
• 3.1.1 流体运动的基本方程
• 3.1.2 紊流运动方程的雷诺时均化
• 3.2 紊流计算模式
• 3.3 数值方法描述
• 第四章 控制方程的离散方法
• 4.1 边界拟合坐标系的介绍
• 4.2 计算平面上基于有限体积法的控制方程离散
• 4.3 SIMPLE算法的数值计算
• 第五章 紊流模型对计算结果的影响
• 5.1 模型试验及其设备
• 5.2 数值模拟及其结果分析
• 5.3 自由表面的模拟
• 5.4 本章小结
• 第六章 双孔进水口流动分析
• 6.1 双进水口水流流态分析
• 6.2 孔口间距、孔口流速对进水口水流流态影响分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录