泵站水流运动特性及水力性能数值模拟研究

【摘要】：泵站作为耗能大户,提高其运行水力性能具有重要现实意义。本文研究以南水北调东线工程泵站建设和大型泵站更新改造为背景,运用三维紊流模拟技术辅依实验等研究手段,基于大型计算流体力学软件Fluent为平台,对涉及影响泵站水力性能的过流结构进行全面系统的研究,揭示泵站内部流动特性、预测水力性能,提出设计目标。 基于紊流数值模拟,全面系统地研究了泵站进水池、进水流道、出水流道及整体泵装置内部流动规律和水力性能。通过与已有实验成果比较表明计算结果是可信的,今后采用本文研究方法与实验研究相结合,可充实补充实验数据,甚至减少实验工作量。 提出了从外特性和内特性两方面进行泵站进水池优化的目标函数。采用重整化群紊流模型对泵站进水池进行数值模拟研究,获得了三维基本流态,分析了泵站进水池设计参数对水力性能及流态的影响,在分析吸水管内断面流速分布基础上,推荐了水泵名义高度的取值。 建立在对立式泵装置喇叭管进水流道流场进行数值分析的基础上,提出了喇叭管进水流道演化理论。数值分析了肘形进水流道三维流动,提出叶轮名义高度控制参数。 依据泵站出水流道的水力设计基本要求,建立了出水流道水力性能优化目标数学模型。依据优化目标,进行双向泵站出水室优选和出水流道内部流动特性分析,结合泵站改造,提出了双向泵装置的出水流道设计控制参数。 采用多参考系模型,通过对三种不同形式的整体泵装置的计算,获得了内部三维流动特性,预测了水力性能,分析了特征工况与内流场的联系。泵装置计算结果与实验结果吻合较好,表明本文的三维流场计算和性能预测达到了工程应用研究的精度。在分析已有水力损失方法的基础上,提出了新的低扬程轴流泵装置水力损失计算方法。