随着经济的高速发展和科学技术的不断进步,我国大型泵站工程的建设越来越多,这些泵站在国民经济建设和人民生活的各个方面都发挥着重要的作用。为了提高我国泵站建设与运行管理的水平,采用计算机技术进行水泵及装置的流动模拟,为水泵运行提供良好的水流流态,以减小流动过程中的水力损失,对提高泵站的装置效率,降低泵站能耗,同时,对降低泵站模型试验的成本,具有重要的理论意义和实用价值。 论文的主要内容包括: (1)简述了我国泵站的现状与发展,在总结与分析流体流动模拟国内外研究现状的基础上,分析了开展泵站进出水流道内水流运动数值模拟的意义。 (2)论文运用流体力学的Navier-Stokes基本方程,提出了以雷诺时均方程为主的进出水流道流动模拟控制方程组。同时,采用k—ε紊流模型和壁面函数法,推导了流动模拟的通用微分方程及相应的离散方程和计算模型。 (3)在采用黏性流体通过圆管弯头段的三维流动经典问题对程序进行考核的基础上,应用Fluent软件作为流动模拟的计算平台,对大型泵站进出水流道中的流态作了较为详细的数值计算与分析,拓展了数值实验方法在流体工程中的应用。 (4)以实际工程为对象,对泵站进出水流道进行了三维流动计算,并通过对计算结果的分析,得出了对工程设计与运行管理有益的结论与建议。 论文的主要创新点为: (1)对流场控制方程及紊流模型进行了深入的分析与研究,导出了通用微分方程,为流体流动模拟的程序编制及应用软件的二次开发打下了基础。 (2)用有限体积法推导了通用微分方程的离散形式,并导出了各种离散系数的计算公式。在对各种差分格式进行分析与比较的基础上,给出了各自的适用范围,并对离散过程中可能出现的伪扩散等现象进行了分析。 (3)针对流场求解中的困难,提出了适合流动计算的交错网格,并对流动分析计算软件FLUENT在泵站流动模拟中的应用进行了探索,建立了泵站流动模拟的FLUENT计算平台,为商业应用软件在流体工程中的应用进行了有益的尝试。 (4)利用FLUENT软件中的GAMBIT进行网格划分,采用非结构化的四面体网格,取代常用的结构化六面体网格,有效地提高了数值模拟的计算精确度。