某泵站前池流态三维湍流数值计算

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泵站进水前池是衔接河道以及泵站进水池的建筑物,在泵站工程学科中是不可或缺的组成部分。其主要功能是,将来流在前池内调整、扩散,使其进入泵站进水池时更平顺、流畅,为泵提供稳定的进水条件。根据进水方向,泵站前池可分为两种基本类型:正向进水和侧向进水。前池内的水流应满足流态稳定、流速分布均匀、池内无回流、漩涡条件。在一些特殊情况之下,由于条件限制,前池难以正向方位布置时,侧向布置可能会导致水流进入前池后出现偏转、壁面分离、回流和漩涡等不利流态。这些不良流态会严重影响进水池的流态,降低水泵的能量性能和汽蚀性能,需要通过一定的整流措施进行调整,以改善水泵整体的进水流态。本文研究对象为安徽巢湖湖光某泵站,运用三维湍流理论,N-S方程和标准k-ε湍流模型方程的方法,针对不同进水方式下进水流道的流场进行数值模拟。论文主要研究内容包括:应用数值模拟软件CFX,先对原始方案建立三维模型,后导入网格软件剖分非结构网格,通过给定一定的边界条件,利用CFX软件对前池内水流流态数值模拟并进行计算,然后,将其导入tecplot360软件进行后处理,根据已经设置好的特征断面,得到底层及面层的相应流态,并计算进水流道垂直断面的速度分布均匀度与速度加权平均角。原始方案为保留老站、另建新站,新站为侧向进水泵站,进行计算且分析出现的问题,再根据原方案考虑4种改进方案,即考虑将站前部分村庄拆迁,逐渐改善进水流向,从改进方案1到改进方案4,进水池的设计进水水流角度逐渐减小,到改进方案4变为正向进水,由于改进方案中通过拆迁改变地形进而改变进水方向的施工难度及成本均较大,故考虑通过对各改进方案进行整流,在数据上接近方案4。根据前池流场的具体特点,针对原始方案及改进方案1至改进方案3产生不良流态的侧向进水的情况,加设导流墙进行整流改造,并进行相应的数值模拟,得到各整流方案。通过将整流后方案得出的计算结果与改进方案4的正向进水的数据结果进行对比,根据各方案及进水池前典型断面的底、面层流速分布均匀度和加权平均角计算结果,结合工程实际情况,得到方案3最为接近正向进水。最后对方案3进行同时加设导流墙与底坎的整流,探究是否可以更加接近正向进水。数据显示仅加设导流墙的整流措施较优于同时加设导流墙与底坎。该研究对提高泵站机组运行效率,保证泵站机组全安稳定行运具有重要意义。
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