闸站结合泵站前池水流流态的数值模拟研究

论文摘要

前池作为引渠和进水池（进水流道）的连接段,是泵站的重要组成部分,其作用是为了保证水流均匀平顺地从引渠流入进水池（进水流道）,为水泵运行创造良好的水力条件。前池按照进水方式不同分为正向进水和侧向进水两种类型。正向进水前池水流逐步扩散,流态良好。侧向进水前池水流易形成回流或漩涡,应尽量避免采用。但是,在工程实际应用中,往往因地形条件、工程投资、减少工程占地面积采用闸站合建式泵站等因素而不得不采用侧向进水前池,势必会造成前池水流紊乱,流速分布不均,产生局部回流、漩涡等,影响水泵的效率。本文以FLUENT软件为平台采用N-S方程和标准κ-ε紊流模型,对闸站结合枢纽泵站的前池和进水流道内水流流动进行数值模拟研究。利用GAMBIT软件完成对前池和进水流道的三维实体造型,并在网格剖分过程中采取局部加密技术来提高网格质量。然后合理给定边界条件,运用SIMPLE算法对泵站前池进行模拟计算。数值模拟结果表明,该泵站前池水流呈侧向进水,不仅在前池翼墙处出现大尺度回旋,而且在流道进口处有漩涡,直接影响水泵的进水条件,必须采取工程措施对前池进行整流优化进而改善进水流道的流态。为改善泵站前池的不良流态,在原设计方案基础上,提出具体的改进方案与整流措施,包括改变翼墙形式,延长闸墩,在前池内增设三棱柱等。针对不同的改进方案,分别进行数值模拟计算,并通过分析比较,最终给出了能够有效改善该泵站前池流态的整流技术布置方案。该方案改变了前池侧向进水的状态,水流至闸墩处经过调整呈正向进水,水流均匀地流入水泵内部,满足水泵均匀配水要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 研究概况
• 1.2.1 理论分析
• 1.2.2 模型试验
• 1.2.3 数值模拟
• 1.3 CFD的发展概况及FLUENT简介
• 1.3.1 CFD发展概况
• 1.3.2 FLUENT软件简介
• 1.4 本文的研究内容
• 2 泵站前池的数值计算方法
• 2.1 控制方程
• 2.2 紊流的数值模拟方法
• 2.2.1 直接数值模拟（DNS）
• 2.2.2 大涡模拟（LES）
• 2.2.3 Reynolds平均法（RANS）
• 2.3 紊流模型
• 2.3.1 标准κ-ε模型
• 2.3.2 RNGκ-ε模型
• 2.3.3 Realizable κ-ε模型
• 2.4 边界条件
• 2.4.1 进口边界
• 2.4.2 出口边界
• 2.4.3 壁面边界
• 2.4.4 自由液面
• 2.5 网格的划分
• 2.6 控制方程的离散
• 2.6.1 有限差分法
• 2.6.2 有限元法
• 2.6.3 有限体积法
• 2.7 流场计算的SIMPLE算法
• 2.8 本章小结
• 3 泵站前池三维流场数值模拟
• 3.1 模型比尺
• 3.2 计算区域实体造型
• 3.3 网格剖分
• 3.4 边界条件设置
• 3.4.1 进口边界
• 3.4.2 出口边界
• 3.4.3 壁面边界
• 3.4.4 自由液面
• 3.5 方案1流场的数值模拟结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 泵站前池整流工程措施研究
• 4.1 方案2数值模拟结果分析比较
• 4.2 方案3数值模拟结果分析比较
• 4.3 方案4数值模拟结果分析比较
• 4.4 方案5数值模拟结果分析比较
• 4.5 方案6数值模拟结果分析比较
• 4.6 方案7数值模拟结果分析比较
• 4.7 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢