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《扬州大学》 2018年
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高塘湖排涝泵站前池优化数值模拟与模型试验研究

孙膑  
【摘要】:高塘湖排涝泵站位于安徽省淮河南岸窑河流域下游,通过窑河闸、窑河与淮河相通,具有抽排功能。前池是高塘湖排涝泵站的重要组成部分,其内部流态对泵站高效、安全地运行起着至关重要的作用。前池流态紊乱,会降低泵站效率。布局合理、流态平顺、水头损失小的前池结构形式,可以为水泵提供良好的进水条件,确保泵站高效、低耗地运行。本文研究分为数值模拟和模型试验两部分。主要研究内容如下:(1)利用UG软件建立三维模型,然后用GAMBIT软件划分非结构网格;再利用标准k-ε紊流模型,借助数值模拟软件FLUENT,建立数学模型对原设计方案进行数值模拟,并运用SIMPLEC算法进行求解。数值计算的结果表明:该工程原设计方案前池内存在旋涡和偏流,导致进水流道内流速分布不均,该工程原设计方案存在不足。因此,需进行优化改进。(2)针对该工程原设计方案中存在的不足,采用改变前池底坡和翼墙形式、尺寸两种方案进行改进优化。以前池内旋涡面积的大小和前池典型断面流速的均匀度为控制条件对改进优化方案进行分析研究,结果表明,延长前池底坡,可以明显改善前池的流态,但是随着底坡i的减小优化改善效果变差。相同坡长的情况下,两段底坡的方案改善作用更明显。改变翼墙的形状、尺寸并向上游前池方向延伸,使前池内的水流流态收缩平顺。同等条件下椭圆弧翼墙对本工程前池流态的改善优于圆弧翼墙和八字翼墙。(3)按照重力相似准则,模型试验比尺选定1:30。根据糙率相似准则,采用正态模型。试验中,采用塑料悬浮粒子和化学示踪粒子来分别模拟面层及底层水流流态的分布,观测、采集数据,并绘制流态及流速分布图进行对比分析。结果表明,该工程原方案前池内水力特性的数值模拟与模型试验结果基本一致。(4)采用模型试验的方法对典型优化改进方案的前池流态进行研究,分析对比各典型方案下模型试验中前池流态及流速分布,并以此验证数值模拟结果的准确性。本文通过对高塘湖排涝泵站工程前池水力特性的研究表明,该工程前池流态的数值模拟和模型试验结果基本一致。数值模拟可有效指导模型试验,节约成本,提高研究效率。同时,模型试验又可验证数值模拟的准确性。高塘湖排涝泵站工程前池水力特性的研究为该工程的改进优化指明了方向,提出了建议,对该工程安全、高效和稳定的运行有重要意义。并为今后类似工程的设计与应用提供了一定的指导和参考价值。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TV675

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