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灯泡贯流泵装置三维湍流CFD研究

冷豫  
【摘要】: 灯泡贯流泵装置具有进、出水水流平顺流畅、水力损失小、装置效率高等特点,特别适合于南水北调东线泵站工程,具有较大的应用价值和发展潜力。但是,到目前为止,大型灯泡贯流泵机组在国内外的应用还很少,有关灯泡贯流泵装置水力性能的研究还很不够。因此,对灯泡贯流泵装置进行深入研究十分必要,其成果将不仅有益于即将建设实施的淮阴三站灯泡贯流式机组,而且也可供南水北调东线工程其他贯流泵站借鉴。 如何研究灯泡贯流泵装置的水力性能及其优化水力设计,是需要首先解决的问题。目前,研究灯泡贯流泵装置水力性能的方法大多采用模型试验的方法。该方法费用多、周期长,研究结果仅限于装置的外特性,难以了解装置的内特性。近年来,随着CFD理论和技术的不断发展,数值模拟方法在水泵装置方面得到越来越广泛的应用。本文在这种背景下,主要对采用三维湍流数值模拟的方法研究灯泡贯流泵装置的可行性、准确性进行探讨。 本文结合使用Pro/ENGINEER 2001和GAMBIT软件分别完成了ZBM791-100模型泵泵段和淮阴三站前、后置灯泡贯流泵装置的三维实体造型,令人满意地完成了叶片、导叶曲面的造型及实体的装配工作。本文使用GAMBIT软件对模型泵泵段和前、后置灯泡贯流泵装置分别进行了非结构化网格的剖分,采用局部加密的技术对实体进行了较高精度和较高质量的网格剖分。 本文以连续性方程、雷诺应力平均Navier-Stokes方程和k-ε湍流方程组成封闭的控制方程组,并根据数值计算的具体要求,给出适当的边界条件。采用有限体积法对控制方程组进行离散,同时采用基于非结构网格上的SIMPLE算法,对模型泵泵段及前、后置灯泡贯流泵装置的内部流动进行了三维湍流数值模拟。 本文计算结果与泵段的模型试验结果基本吻合,从而说明三维湍流数值计算方法应用于转轮内部流动是可行的、准确的。对淮阴三站前、后置灯泡贯流泵装置内部流动数值计算的收敛性较好,计算结果稳定,根据计算结果分析所得到的


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