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泵站前池流场3D-PIV测量及数值模拟

张玉伦  
【摘要】: 泵站工程为我国国民经济的持续发展提供了重要的保证,而且泵站作为耗能大户,提高泵站的运行效率具有重要的现实意义。前池是泵站重要的进水建筑物,其流态对水泵性能有着重要的影响。 随着计算机技术的高速发展,在CFD的理论基础上,利用计算机进行数值模拟已成为研究泵站前池流态的重要方向之一,其不足就是它只是有限个离散点上的数值解,并存在一定的误差。通常情况下,还需要利用模型试验对数值计算进行验证,该方法的缺点就是需要花费大量的时间和经费。 本文研究以某泵站前池为例,利用FLUENT软件并分别采用标准k-ε和RNGκ-ε紊流模型对泵站前池进行三维数值模拟,在设计流量和大流量两种工况下分别进行数值模拟,并初步比较了前池面层、中层、底层的流场。数值模拟结果表明,前池出现了脱流现象。由于前池长度足够长,总体来说,前池水流较平顺; PIV技术就是采用粒子跟踪技术来测定流场的速度及其它运动参数的。而国内的PIV技术起步比较晚,目前用于泵站进水建筑物的流场测量也较少。利用3D-PIV技术,对前池的部分空间区域的流场进行精确测量,获得了可靠的试验数据。测试的时候,需要对测量断面进行三维标定。利用相关软件对测试数据进行后处理,得出空间区域的三维流场图。 基于较为准确的试验数据,比较数值模拟结果和试验结果,检验和验证所选紊流模型的可靠性和实用性。主要选择若干断面,定量比较,比较流态、流速大小。 通过以上几项工作,得出了如下结论:在大流量工况下,RNGκ-ε紊流模型比较接近于试验结果;而在设计流量工况下,标准k-ε紊流模型比较接近于试验结果,也验证了在正确设置边界条件的情况下,数值模拟可以成为研究泵站前池的可靠方法。


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