本文關(guān)鍵詞：中小型灌排泵站進(jìn)水水力特性改善研究

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【摘要】：中小型灌排泵站直接為農(nóng)業(yè)灌溉和排澇服務(wù),已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施,為改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、保障糧食安全和促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)民增收、農(nóng)村飲水安全等發(fā)揮了巨大作用。灌排泵站的進(jìn)水建筑物包括前池和開敞式進(jìn)水池。前池的作用是為了保證水流從引渠流向進(jìn)水池的過程中能夠平順的擴(kuò)散,為進(jìn)水池提供良好的流態(tài)。開敞式進(jìn)水池是供水泵吸水管直接吸水的構(gòu)筑物,具有自由水面,通常用于中小型泵站。進(jìn)水池的主要作用是進(jìn)一步調(diào)整從前池進(jìn)入的水流,為水泵進(jìn)口提供良好的進(jìn)水條件。前池和進(jìn)水池內(nèi)的水流流態(tài)影響著泵站安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。本文采用CFD計(jì)算、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)中小型泵站進(jìn)水前池、開敞式進(jìn)水池幾何參數(shù)流動(dòng)特性、構(gòu)筑物的影響、防渦消渦措施和封閉式改造水力優(yōu)化進(jìn)行了深入研究,成果有較高的應(yīng)用價(jià)值。(1)立柱前池整流機(jī)理研究采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和SST模型4種湍流模型,對(duì)灌排泵站進(jìn)水前池流動(dòng)特性進(jìn)行模擬,將預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確。對(duì)灌排泵站進(jìn)水前池進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性分析,分析結(jié)果表明前池網(wǎng)格數(shù)量達(dá)到32萬時(shí),再增加網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果影響很小。綜合考慮計(jì)算資源與時(shí)間,本文在計(jì)算前池計(jì)算中采用網(wǎng)格數(shù)量級(jí)略大于32萬。水流流經(jīng)雙排立柱的尾跡較單排立柱的更強(qiáng)烈,對(duì)前池內(nèi)回流區(qū)的削弱效果更好。在存在大尺度回流區(qū)的前池中,推薦使用雙排立柱整流措施。立柱在前池中的位置對(duì)整流效果有明顯的影響。若立柱設(shè)置位置過于靠近進(jìn)水池,不僅沒有起到削弱回流,改善進(jìn)水流態(tài)的作用,反而會(huì)因?yàn)榱⒅蟮目ㄩT渦影響進(jìn)水流態(tài)。推薦立柱設(shè)置在距進(jìn)水池入口 0.45B的位置。立柱的斷面尺寸對(duì)前池內(nèi)整流效果有明顯的影響,推薦立柱的尺寸為0.0375B。立柱的高度和形狀對(duì)進(jìn)水池前的流速分布影響較小,推薦使用方形立柱和立柱高度為0.8H。研究表明:前池增設(shè)立柱可使水流重新調(diào)整,水流過柱后在旋滾作用下重新分布趨于均勻、平順,減小回流區(qū)的范圍,改善進(jìn)水池前的流速分布,為進(jìn)水池提高較好的進(jìn)水流態(tài)。(2)開敞式進(jìn)水池流動(dòng)特性與幾何參數(shù)研究數(shù)值模擬了泵站開敞式進(jìn)水池的流場(chǎng)分布,獲得了進(jìn)水池內(nèi)三維基本流態(tài)。計(jì)算表明,在不同工況下,進(jìn)水池內(nèi)流態(tài)分布相似,水力損失與流量的二次方關(guān)系。運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法,采用了單因素比較的方法系統(tǒng)了進(jìn)水池各參數(shù)對(duì)水力性能及流態(tài)的影響。研究表明:1)當(dāng)開敞式進(jìn)水池進(jìn)水的主要結(jié)構(gòu)尺寸取值在一定范圍,可保證其良好進(jìn)水流態(tài),水泵進(jìn)口流速分布較為均勻和保證水泵性能發(fā)揮。進(jìn)水池池寬宜取3～4D,池寬過小,除增大水頭損失外,還會(huì)增大水流流向喇叭口水平收斂時(shí)的流線曲率,從而容易形成漩渦;進(jìn)水池寬度過大,導(dǎo)向作用差,容易產(chǎn)生偏流和回流,從而容易發(fā)生漩渦。2)在喇叭管淹沒深度較小的情況下,進(jìn)水池面層流速加大,渦流旋轉(zhuǎn)速度加快,水力損失較大;淹沒深度過大,增加進(jìn)水池的挖深、增加土建。3)喇叭管距水泵葉輪室較近,其形狀對(duì)水泵性能的影響較大,喇叭口的形狀直接影響水流進(jìn)入吸水管的壓力分布、水流流速均勻度等。研究表明,喇叭管形狀為1/4圓,DL=1.5D左右,水力損失小,流態(tài)較好。(3)開敞式進(jìn)水池構(gòu)筑物對(duì)進(jìn)水池水力性能影響CFD計(jì)算表明,開敞式進(jìn)水池內(nèi)增設(shè)水泵梁、檢修平臺(tái)、胸墻等構(gòu)筑物后對(duì)泵裝置效率影響較小。但添加構(gòu)筑物后,將會(huì)對(duì)池內(nèi)流態(tài)產(chǎn)生影響。在開敞式進(jìn)水池內(nèi)設(shè)置水泵梁,對(duì)進(jìn)水池流態(tài)影響較小;而將水泵梁加寬形成檢修平臺(tái)后,且進(jìn)水管后側(cè)也設(shè)置了檢修平臺(tái),將導(dǎo)致池內(nèi)流態(tài)變差,喇叭口和后壁處流態(tài)較為紊亂;在進(jìn)水池中設(shè)置胸墻后,受胸墻豎向擠壓影響,改變了池內(nèi)面層水體流動(dòng)方式,喇叭口呈單向進(jìn)水狀態(tài)。CFD計(jì)算表明流量對(duì)進(jìn)水內(nèi)縱剖面壓力分布影響較小,添加胸墻后,構(gòu)筑物對(duì)吸水管斷面軸向流速影響較大。(4)開敞式進(jìn)水池防渦消渦措施流動(dòng)特性研究采用CFD模擬了各種進(jìn)水池消渦防渦措施對(duì)進(jìn)水池流態(tài)的影響。分別對(duì)加設(shè)池底隔墻、水下隔柱、后墻隔板等9種措施進(jìn)行CFD分析。研究表明:1)無整流措施時(shí),進(jìn)水池吸水管靠后壁流速較低,流動(dòng)復(fù)雜,易形成兩個(gè)對(duì)稱的回流區(qū),易發(fā)展成水面渦。側(cè)邊壁下方靠近底部易形成漩渦區(qū),后邊壁中心靠近底部存在低速回流區(qū),易形成附壁渦。2)加設(shè)水平蓋板的作用在于減小后壁距,有效防止水面管口后方水面渦進(jìn)入喇叭口,減小附底渦產(chǎn)生機(jī)率。3)在喇叭口處加設(shè)π形蓋板,進(jìn)水池內(nèi)流態(tài)改善不明顯,在側(cè)壁和π形蓋板垂直放置的板兩側(cè)有明顯的回流區(qū)產(chǎn)生。4)水上蓋板能改善水泵吸入條件,但是在管口后方蓋板下方又易形成螺旋流動(dòng),不利于后壁處水流調(diào)整。5)池底隔墻有效阻斷了喇叭口下方池底處流速奇點(diǎn)區(qū)的形成,但是在池側(cè)壁處、后墻處易形成回流區(qū),后壁壁面處存在明顯流線聚集和奇點(diǎn)區(qū),對(duì)進(jìn)水池內(nèi)流態(tài)沒有改善。6)進(jìn)水池吸水管后加設(shè)管后隔板,相當(dāng)于減少后壁距。后壁距減少,會(huì)加強(qiáng)水流單向進(jìn)水,進(jìn)水池角落漩渦加劇,消渦效果不理想。7)長(zhǎng)方形隔板的下方存在一個(gè)漩渦,且在側(cè)壁和后壁均有漩渦存在。8)加設(shè)水下圓形隔柱不會(huì)產(chǎn)生新的漩渦區(qū),但對(duì)進(jìn)水池內(nèi)流動(dòng)改善效果不佳。9)加設(shè)垂直隔板會(huì)造成喇叭管單側(cè)進(jìn)水,吸水管后流動(dòng)紊亂。10)加設(shè)傾斜隔板,使得喇叭管單側(cè)進(jìn)水,吸水管后壁處水流流速降低,可抑制后壁渦的產(chǎn)生,但是傾斜隔板處易產(chǎn)生回流。(5)開敞式進(jìn)水池封閉式改造水力優(yōu)化研究以某泵站開敞式進(jìn)水池封閉式改造水力優(yōu)化為研究背景,采用數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法相結(jié)合,提出了進(jìn)水池封閉式改造水力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則�；贑FD技術(shù)數(shù)值模擬了包括封閉式進(jìn)水池、喇叭口、葉輪、導(dǎo)葉、彎管、出水池在內(nèi)的某泵站,分析比較了原方案不同工況下的水力性能。在此基礎(chǔ)上,對(duì)進(jìn)水池封閉后的寬度、后壁距、懸空高、后壁形狀進(jìn)行了水力優(yōu)化,獲得了封閉式進(jìn)水池水力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。由計(jì)算水力性能可知,隨著池寬的增加,泵站效率也隨之增加,進(jìn)水池寬度過小,會(huì)使池中流速加快,水頭損失增加,增大了水流向喇叭口水平方向收斂時(shí)的流線曲率,易誘發(fā)漩渦。但進(jìn)水池寬度過大,易在池中形成偏流、回流而產(chǎn)生漩渦。由于原方案效率最高,再結(jié)合考慮水泵安裝尺寸及檢修通道的要求,推薦池寬BBj/DL為(0.25～3)。效率隨后壁距增大而增大,當(dāng)T/D達(dá)到0.5時(shí),效率最高。過小的后壁距必將導(dǎo)致不均勻的流態(tài)和較大的喇叭管進(jìn)水損失。過大的后壁距不僅是不必要的,而且還增大了水流在后壁空間的自由度,從而加大了吸氣漩渦的可能。推薦后壁距為(0.4～0.7)。進(jìn)水池的水流是從四周進(jìn)入喇叭管的,合適的懸空高對(duì)于形成四周來流流動(dòng)并使水流基本均勻地進(jìn)入喇叭管至關(guān)重要。懸空高過大,增加挖方和投資,而且有可能使喇叭管單面進(jìn)水,導(dǎo)致水泵進(jìn)口流速壓力分布不均,降低水泵的能量性能和氣蝕性能。懸空高過小則壓縮了喇叭管下方的圓柱面,導(dǎo)致流線過于彎曲,水力損失急劇增加,也會(huì)使水泵進(jìn)口流速,壓力分布不均,增加漩渦發(fā)生的可能。推薦懸空高C/DL為(0.5～0.7)。在優(yōu)化后的幾何參數(shù)研究了圓形后壁、ω形后壁對(duì)進(jìn)水池水力特性影響。計(jì)算表明,ω形后壁與原方案矩形后壁進(jìn)水池相比,池內(nèi)流線更加平順。圓形后壁進(jìn)水池水力性能與矩形進(jìn)水池相當(dāng),但流態(tài)得到一定改善。CFD預(yù)測(cè)泵裝置性能曲線與模型試驗(yàn)結(jié)果較為吻合,CFD計(jì)算結(jié)果是可信的�，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明,泵站機(jī)組噪聲、振動(dòng)均符合國家規(guī)范要求,在設(shè)計(jì)揚(yáng)程時(shí),泵站實(shí)測(cè)流量超過設(shè)計(jì)流量。CFD計(jì)算及模型試驗(yàn)成果成功應(yīng)用于泵站工程實(shí)踐中,具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S277.9

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1 程傳民,程莉莉,衣愛敏;泰安市的泵站普查及對(duì)策[J];排灌機(jī)械;2000年06期

2 宮作中;50年廊坊市泵站建設(shè)與發(fā)展[J];排灌機(jī)械;2002年05期

3 問澤杭,李丙旭,莫兆祥;沙集泵站機(jī)組同轉(zhuǎn)速倒轉(zhuǎn)發(fā)電研究[J];中國農(nóng)村水利水電;2005年04期

4 李端明;卓漢文;;淺談泵站工程管理體制改革[J];中國農(nóng)村水利水電;2007年12期

5 石品良;蔡新明;湯文華;;淺議大碑灣泵站信息化建設(shè)[J];中國農(nóng)村水利水電;2011年04期

6 李文祥;;提高泵站管道效率可節(jié)能[J];排灌機(jī)械;1987年06期

7 劉梅清;;全國泵站工程學(xué)術(shù)討論會(huì)在岳陽市召開[J];農(nóng)田水利與小水電;1989年07期

8 劉朝福;實(shí)現(xiàn)泵站經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)的對(duì)策[J];農(nóng)田水利與小水電;1991年08期

9 劉光臨;第三屆全國泵站工程學(xué)術(shù)研討會(huì)在山西省召開[J];農(nóng)田水利與小水電;1991年08期

10 宮作中;;井柱樁基礎(chǔ)在泵站工程中的應(yīng)用[J];排灌機(jī)械;1991年01期

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1 陳堅(jiān);徐艷茹;楊群;;淺析泵站工程老化評(píng)價(jià)[A];2009全國大型泵站更新改造研討暨新技術(shù)、新產(chǎn)品交流大會(huì)論文集[C];2009年

2 王志遠(yuǎn);劉德祥;;基于檢測(cè)的泵站老化評(píng)估方法研究[A];2009全國大型泵站更新改造研討暨新技術(shù)、新產(chǎn)品交流大會(huì)論文集[C];2009年

3 徐艷茹;陳堅(jiān);;泵站工程老化評(píng)價(jià)及指標(biāo)體系研究23[A];2009全國大型泵站更新改造研討暨新技術(shù)、新產(chǎn)品交流大會(huì)論文集[C];2009年

4 劉春;;泵站現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的質(zhì)量控制[A];中國水利學(xué)會(huì)2010學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2010年

5 嚴(yán)登豐;劉軍;李彥軍;;劉山泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法與應(yīng)用分析[A];2009全國大型泵站更新改造研討暨新技術(shù)、新產(chǎn)品交流大會(huì)論文集[C];2009年

6 劉梅清;;泵及泵站工程的科技進(jìn)步綜述[A];中國水利學(xué)會(huì)專業(yè)學(xué)術(shù)綜述（第五集）[C];2004年

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9 白海瑞;陳堅(jiān);楊群;李娟;;基于灰色理論的泵站機(jī)電設(shè)備故障診斷方法初探[A];2009全國大型泵站更新改造研討暨新技術(shù)、新產(chǎn)品交流大會(huì)論文集[C];2009年

10 劉瀾文;;大中型泵站工程電氣設(shè)計(jì)中幾個(gè)主要技術(shù)問題[A];2010年度電氣學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集[C];2010年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 江蘇省江都水利工程管理處 藤海波;精細(xì)管理 確保汛期泵站效益[N];中國水利報(bào);2007年

2 記者 付后裕 實(shí)習(xí)生 孫嘉黛 王潔;確保東湖泵站汛前投入運(yùn)行[N];黃岡日?qǐng)?bào);2006年

3 本報(bào)記者 武孝軍;兩泵站可望列入國家更新改造計(jì)劃[N];衡陽日?qǐng)?bào);2009年

4 深圳特區(qū)報(bào)記者 吳劍林　通訊員 陳志如;衙邊涌泵站昨抽水試運(yùn)行[N];深圳特區(qū)報(bào);2010年

5 張國華;大型水利泵站改造項(xiàng)目通過國家鑒定[N];北大荒日?qǐng)?bào);2010年

6 記者 陳建濤　葛鑄聰 通訊員 薄純貞 宋建國;堅(jiān)定不移推進(jìn)廣利河綜合治理工程[N];東營(yíng)日?qǐng)?bào);2007年

7 湖北省襄樊市襄陽區(qū)政協(xié) 孟群武;水庫泵站亟須加大投入[N];人民政協(xié)報(bào);2008年

8 記者 蔡菡邋通訊員 畢葉;解臺(tái)泵站進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行階段[N];徐州日?qǐng)?bào);2008年

9 記者 王慧梅 袁連沖;江蘇境內(nèi)泵站建設(shè)進(jìn)入掃尾完工階段[N];中國水利報(bào);2008年

10 尹曉蕾　丁敬專;龍子湖泵站工程完成招投標(biāo)[N];蚌埠日?qǐng)?bào);2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 趙國鋒;中小型灌排泵站進(jìn)水水力特性改善研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2016年

2 袁堯;基于蟻群算法和變角相似關(guān)系的泵站優(yōu)化運(yùn)行研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2013年

3 成立;泵站水流運(yùn)動(dòng)特性及水力性能數(shù)值模擬研究[D];河海大學(xué);2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭寧;大型電力提灌泵站綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];蘭州交通大學(xué);2015年

2 孔令寅;西青區(qū)津靜復(fù)線雨污合建泵站工程建設(shè)的可行性研究[D];天津大學(xué);2014年

3 張祺;泵站機(jī)組狀態(tài)評(píng)價(jià)與故障分析方法研究及軟件開發(fā)[D];揚(yáng)州大學(xué);2016年

4 張，

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