虹吸式出水流道系利用虹吸原理出水的一種流道結(jié)構(gòu)形式，在大型泵站中有著較為廣泛的應(yīng)用，在我國已建的大型泵站中大多采用了虹吸式出水流道。南水北調(diào)東線工程擬建五十多座大型泵站預計有一半左右也將采用這種型式的出水流道。 出水流道是水泵導葉出口與出水池之間的過渡段，其作用是為了使水流在從水泵進入出水池的過程中更好地轉(zhuǎn)向和擴散，在不發(fā)生脫流和旋渦的條件下最大限度地回收動能。出水流道內(nèi)的流態(tài)及動能回收情況決定了出水流道的水力損失，對水泵裝置的能量性能有明顯影響，尤其是對于低揚程泵站，由于出水流道水力損失在水泵總揚程中所占的比例特別大，出水流道的水力性能對水泵裝置性能的影響就更為突出。因此，采用科學合理的方法設(shè)計虹吸式出水流道，對于減少流道損失，提高泵站效率，特別是對于年運行時數(shù)長的跨流域調(diào)水泵站，意義十分重大。 泵站出水流道的水力設(shè)計過去一直是采用一維流動的理論(平均流速法)，與實際流道內(nèi)的三維流動情況出入很大。面對二十一世紀科學技術(shù)的快速發(fā)展和對南水北調(diào)東線工程等跨流域調(diào)水大型泵站工程建設(shè)的高標準、高要求，這種設(shè)計方法顯然不能適應(yīng)需要。隨著計算流體動力學理論和技術(shù)的迅速發(fā)展，應(yīng)用三維紊流數(shù)值模擬方法來對出水流道內(nèi)的流動情況進行研究已成為可能，同時還可在此基礎(chǔ)上進行出水流道的優(yōu)化水力設(shè)計。 本文在三維流動數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，根據(jù)對虹吸式出水流道流態(tài)的要求，進行了出水流道的優(yōu)化水力設(shè)計。其基本思想是：給出一系列不同的出水流道邊界，完成一系列相應(yīng)的正命題計算，用一系列的正命題的解來盡可能地逼近最優(yōu)解。虹吸式出水流道三維流動模擬的控制方程為雷諾平均Navier-Stokes方程，并以紊流模型使方程組閉合。近壁流動采用壁面函數(shù)法，方程離散采用控制體積法。對動量方程的求解，壓力與速度的耦合關(guān)系采用壓力修正法SIMPLE系列算法，變 揚州大學碩士學位論文 量的布置采用交錯網(wǎng)格系統(tǒng)。虹吸式出水流道三維流動的計算區(qū)域由虹吸式出水 流道本身及具有一定長度的出水池組成，計算區(qū)域在貼體坐標系上進行離散，三 維網(wǎng)格的生成采用了微分法、代數(shù)法及多塊網(wǎng)格技術(shù)相結(jié)合的方法。 虹吸式出水流道的形狀比較復雜，為便于進行優(yōu)化設(shè)計計算，流道的幾何形 狀分別采用尺寸控制和型線控制兩類變量建立動態(tài)的數(shù)學模型。 為了驗證數(shù)值模擬和優(yōu)化計算結(jié)果，結(jié)合南水北調(diào)東線工程寶應(yīng)泵站建設(shè)的 需要，對虹吸式出水流道優(yōu)化前、后的兩種方案進行了模型試驗研究。為此，設(shè) 計了透明虹吸式出水流道的流態(tài)觀察及水力損失測量裝置。試驗結(jié)果表明:流場 數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗結(jié)果一致;優(yōu)化后的流道的流態(tài)有了明顯的改善;優(yōu)化 后的流道水力損失減少了;本文所采用的虹吸式出水流道的三維數(shù)值計算及優(yōu)化 方法是可行的。
【學位單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2003
【中圖分類】：TH38
【部分圖文】：

爹爹致龔中角角煞特特肄肄JJJJI‘、、、、1、、、l、1，t飛11飛111圖4一1虹吸式出水流道計算區(qū)域立面單塊網(wǎng)格示意圖圖4一2虹吸式出水流道計算區(qū)域立面多塊網(wǎng)格示意圖本文采用了貼體坐標網(wǎng)格離散虹吸式出水出水流道的計算區(qū)域。為了方便出口邊界條件的給出，出水流道的計算區(qū)域不僅包括出水流道本身，還包括由距出水流道出水口一段距離的出水池。出水流道計算區(qū)域三維貼體網(wǎng)格的生成可以采取單塊網(wǎng)格也可以采用多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。單塊網(wǎng)格是把出水流道計算區(qū)域作為一個整體生成貼體網(wǎng)格。多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法通過分區(qū)方法首先分別生成出水流道和出水池各自三維貼體網(wǎng)格，然后通過塊對接技術(shù)形成整體三維計算區(qū)域網(wǎng)格。

篡篡鬢然彝澎攀……爹爹致龔中角角煞特特肄肄JJJJI‘、、、、1、、、l、1，t飛11飛111圖4一1虹吸式出水流道計算區(qū)域立面單塊網(wǎng)格示意圖圖4一2虹吸式出水流道計算區(qū)域立面多塊網(wǎng)格示意圖本文采用了貼體坐標網(wǎng)格離散虹吸式出水出水流道的計算區(qū)域。為了方便出口邊界條件的給出，出水流道的計算區(qū)域不僅包括出水流道本身，還包括由距出水流道出水口一段距離的出水池。出水流道計算區(qū)域三維貼體網(wǎng)格的生成可以采取單塊網(wǎng)格也可以采用多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。單塊網(wǎng)格是把出水流道計算區(qū)域作為一個整體生成貼體網(wǎng)格。多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法通過分區(qū)方法首先分別生成出水流道和出水池各自三維貼體網(wǎng)格，然后通過塊對接技術(shù)形成整體三維計算區(qū)域網(wǎng)格。

揚州大學碩士學位論文出水流道的主要幾何尺寸列于表5一1。圖5一1，圖5一2為兩種方案流道的網(wǎng)格示意圖。表5一1方案一和方案二虹吸式出水流道的主要幾何參數(shù)勁勁勁夕222萬即333方見乙乙孟工天天B222B333H222H333方方案一一3.318D。。0.874Dooo5.779D。。3.189D0002.030Dooo2.258D。。0.694D0001.484D000方方案二二3.300D。。0.874D。。4.179D。。4.789D0002.097D0002.258D0000.658Dooo1.484D
【引證文獻】

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1 羅庭;后置燈泡貫流泵裝置流動分析[D];揚州大學;2006年

2 繆海洋;基于GIS的圩區(qū)水系規(guī)劃計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)[D];揚州大學;2006年

3 韋余廣;河道人工濕地的構(gòu)建研究[D];揚州大學;2007年

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本文編號：2845042