导流墩对侧向进水前池流态改善规律研究

论文摘要

前池是一种重要的进水建筑物,其水力特性直接影响水泵的性能。泵站的布置往往受水流条件、实际地形等客观因素的制约,不得不采用侧向进水的布置形式,而侧向进水时水流方向和前池水流方向有一定的夹角,可能会产生严重的汽蚀和振动,影响泵的正常运行。因此,采取整流措施以改善泵站的进水流态,对泵站的设计、改造以及对工程运行的经济性、安全性都有着重要的现实意义。本文采用正交试验法对导流墩的不同参数组合进行数值模拟分析,得到的规律可为同类工程的设计、改善侧向进水前池流态提供参考。首先,建立泵站侧向进水前池的模型,侧向弯角定为45°及60°,对这两个方案分别进行数值计算,分析数值模拟结果,发现引渠流态较好,但进入前池后,边墙附近1#进水流道前进主流发生了严重偏斜。大部分水流能够较平顺地流入进水流道,而小部分水流触及边墙后形成回流,导致在前池左侧边墙附近存在大范围的回流区,且回流区流态紊乱从而影响1#进水流道的进水条件。其次,在1#与2#进水流道间加设导流墩整流,利用正交试验法对导流墩各几何参数进行优化设计,因素包括导流墩的长度、宽度、弧度以及相对高度,采用L16(45)正交表,并对试验指标进行极差和方差分析,确定关键因素、重要因素和最优或较优的试验方案。然后,通过正交试验分析,以及针对性的第二轮正交试验,总结出了导流墩的各几何参数对改善前池水流流态的改善规律,当前池的侧向弯角在45°与60°之间时,改善侧向进水前池流态的导流墩较优的参数组合范围是:导流墩长度取前池进口中心到出口中心长度的(0.4～0.6)倍;导流墩弧度取0°～15°;导流墩宽度视进水流道间距而定,本文取进水流道间距1.0m最优;导流墩相对高度取1.0最优,即导流墩高度与水面齐平时前池内的流态最好。最后,进一步验证正交试验计算分析的正确性以及对导流墩整流的机理分析,选取侧向45°及侧向60°弯角时第一、第二轮正交设计的典型方案数值模拟的结果进行对比分析,得出了正交试验设计分析方法与数值模拟技术相结合的导流墩几何参数优化设计方法,其在提高侧向进水前池水力性能方面是合理且可行的,研究结果对于今后在泵站工程设计中进行多参数优化方面,具有工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状及趋势
•     1.2.1 泵站前池数值模拟研究进展概况
•     1.2.2 导流墩整流数值模拟研究进展概况
•     1.2.3 正交试验法在泵站工程中的应用概况
•   1.3 主要研究内容和思路
• 2 数值模拟理论及方法简介
•   2.1 计算流体力学概述
•   2.2 基本控制方程
•     2.2.1 连续性方程
•     2.2.2 动量方程
•   2.3 湍流数值模拟方法
•     2.3.1 直接数值模拟
•     2.3.2 大祸模拟方法
•     2.3.3 Reynolds平均法
•   2.4 湍流模型
•     2.4.1 Standard k-ε模型
•     2.4.2 RNG k-ε模型
•     2.4.3 Realizable k-ε模型
•     2.4.4 SST k-ε模型
•     2.4.5 雷诺压力模型
•   2.5 离散方法
•     2.5.1 有限差分法
•     2.5.2 有限单元法
•     2.5.3 有限体积法
•   2.6 本章小结
• 3 泵站前池三维流场的数值模拟
•   3.1 三维模型的建立与求解过程
•     3.1.1 计算区域与几何建模
•     3.1.2 网格划分
•     3.1.3 边界条件设置
•     3.1.4 求解设置
•   3.2 紊流模型的选取
•   3.3 网格无关性分析
•   3.4 评价指标
•   3.5 特征断面的选取
•   3.6 侧向45°弯角原始方案数值模拟结果
•   3.7 侧向60°弯角原始方案数值模拟结果
•   3.8 本章小结
• 4 基于正交试验法的导流墩几何参数优化
•   4.1 正交表及原理简介
•     4.1.1 正交表
•     4.1.2 正交试验设计原理简介
•   4.2 正交试验设计
•     4.2.1 试验因素及水平的选择
•     4.2.2 正交表的确立
•   4.3 侧向45°弯角时导流墩几何参数的正交试验分析
•     4.3.1 直观分析
•     4.3.2 方差分析
•     4.3.3 优秀方案的确定
•   4.4 侧向60°弯角时导流墩几何参数的正交试验分析
•     4.4.1 直观分析
•     4.4.2 方差分析
•     4.4.3 优秀方案的确定
•   4.5 本章小结
• 5 基于正交试验设计的数值模拟结果分析
•   5.1 侧向45°弯角时前池水平剖面流态分析
•     5.1.1 典型方案的选取
•     5.1.2 各典型方案数值模拟结果分析
•   5.2 侧向60°弯角时前池水平剖面流态分析
•     5.2.1 典型方案的选取
•     5.2.2 各典型方案数值模拟结果分析
•   5.3 前池内导流墩整流机理分析
•   5.4 正交试验结果与数值模拟流态对比分析
•   5.5 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵苗苗

导师: 周济人

关键词: 侧向进水,前池,流态,导流墩,正交试验,数值模拟

来源: 扬州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 扬州大学

分类号: TV135.2

DOI: 10.27441/d.cnki.gyzdu.2019.000761

总页数: 78

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