水泵機組的水力穩(wěn)定與流致激振是泵站安全穩(wěn)定運行研究的重點,水泵內(nèi)部流場的非定常壓力脈動及泵站前池不均勻流態(tài)都是導(dǎo)致水泵機組水力振動加劇的重要原因。論文針對泵站的水力穩(wěn)定性問題,采用數(shù)值模擬方法,對離心泵內(nèi)部流場的壓力脈動和泵站前池的流態(tài)進行了計算,并研究減輕雙吸離心泵壓力脈動和改善泵站前池流態(tài)的相應(yīng)措施。論文的主要內(nèi)容如下： 1.進行雙吸離心泵的精確三維建模。采用激光掃描技術(shù)獲取水泵三維實體數(shù)據(jù)并對大型雙吸離心泵進行三維重建,利用自動與半自動相結(jié)合的數(shù)據(jù)處理方法構(gòu)建了精確的三維實體模型以及流體計算模型,為進一步分析水泵流動特性并探討交錯式葉片離心泵的水力性能提供了基礎(chǔ)。 2.研究提高水泵外特性計算精度的方法。根據(jù)水泵的精確實體模型及外特性試驗數(shù)據(jù),對于定常流數(shù)值模擬,采用標準κ-ε模型、RNGκ-ε模型、Realizable k-ε模型、SSTκ-ω模型、雷諾應(yīng)力模型進行計算；對于非定常流數(shù)值模擬,采用RNGκ-ε模型和大渦模擬方法中的Smagorinsky-lilly亞格子模型進行計算；應(yīng)用外特性模型試驗結(jié)果,驗證數(shù)值計算結(jié)果。通過對定常流與非定常流計算的比較,揭示出影響雙吸離心泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬精度的最大因素在于定常和非定常計算方法的選取,采用非定常計算的精度遠高于定常計算。 3.研究雙吸離心泵內(nèi)部流場非定常壓力脈動及減輕措施。通過RNGκ-ε模型的非定常計算,對采用對稱葉輪及交錯葉輪的雙吸離心泵的內(nèi)外特性進行了計算比較,并重點分析采用交錯布置葉輪對雙吸離心泵內(nèi)部流場壓力脈動的影響。結(jié)果表明：采用交錯布置的雙吸離心泵效率比采用對稱葉輪略有下降,但壓力脈動值較小。葉輪出口和隔舌區(qū)蝸殼上的壓力脈動周期性均十分明顯。交錯布置雙吸葉輪是減輕雙吸離心泵壓力脈動、增強機組運行穩(wěn)定性的有效方式。 4.研究前池流態(tài)及整流措施。建立了泵站前池流態(tài)數(shù)值模擬方法,并與模型試驗結(jié)果進行對比,驗證了數(shù)值模擬的可靠性。比較兩種湍流模型對泵站前池模擬的適用性,表明Realizable k-ε模型比RNGκ-ε模型更適用于大型泵站前池流態(tài)模擬。同時,還對泵站的進水前池和與之相連的部分引水明渠進行了數(shù)值模擬,對前池內(nèi)的流動均勻性及漩渦狀態(tài)進行了分析,研究消除漩渦和對前池進行整流的措施。
【學位單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：TH311
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究的背景和意義
    1.2 泵站前池流態(tài)研究綜述
    1.3 離心泵內(nèi)部流動研究綜述
    1.4 湍流數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀和發(fā)展
    1.5 論文主要工作
第二章 泵及泵站內(nèi)部流動的數(shù)值計算方法
    2.1 控制方程
    2.2 雷諾平均法
    2.3 大渦模擬
    2.4 壁面函數(shù)法
    2.5 控制方程組的離散及計算方法的選擇
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于激光掃描技術(shù)的雙吸離心泵虛擬三維重建
    3.1 水泵虛擬重建方法概述
    3.2 基于激光掃描技術(shù)的虛擬重建流程
    3.3 結(jié)合激光掃描技術(shù)的水泵三維重建
    3.4 水泵三維數(shù)字重建實驗
    3.5 本章小結(jié)
第四章 雙吸離心泵外特性計算研究
    4.1 雙吸離心泵研究對象及計算域確定
    4.2 雙吸離心泵的外特性試驗數(shù)據(jù)
    4.3 雙吸離心泵的數(shù)值模擬
    4.4 數(shù)值計算的結(jié)果與分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 不同葉輪形式的雙吸離心泵壓力脈動特性研究
    5.1 兩種葉輪形式的雙吸離心泵幾何模型
    5.2 兩種葉輪形式的雙吸離心泵數(shù)值模擬
    5.3 外特性計算結(jié)果比較分析
    5.4 壓力脈動計算結(jié)果比較分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 泵站前池流態(tài)模擬及整流研究
    6.1 研究對象
    6.2 泵站前池的數(shù)值模擬
    6.3 兩種湍流模型計算結(jié)果與模型試驗對比
    6.4 原三角墩布置方案下數(shù)值模擬的計算結(jié)果
    6.5 改進三角墩布置方案下的數(shù)值模擬計算結(jié)果
    6.6 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 論文工作總結(jié)
    7.2 未來工作展望
參考文獻
致謝
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文

【參考文獻】

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本文編號：2860863