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水利工程论文-泵站出水流道基本流态分析.doc

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水利工程论文-泵站出水流道基本流态分析.doc

水利工程论文-泵站出水流道基本流态分析摘要:为了改进泵站出水流道的水力设计方法,采用三维紊流数值模拟的方法,模拟了虹吸式、直管式和斜式三种型式出水流道内的流动形态;发现出水流道平面方向上的扩散情况较好,而立面方向在出口断面附近则不同程度地存在着旋涡,该旋涡对流道出口断面的流速分布有很明显的影响;提出在流道设计时应最大限度地利用流道宽度方向的扩散,以免出口断面的有效面积过多地被旋涡挤占。关键词:泵站出水流道流态近十几年来,我国对水泵装置作了大量的研究工作,特别是对低扬程轴流泵水力模型和进水流道优化水力设计的研究已取得很多进展,有许多成果已经在泵站工程中得到成功的应用。由于种种原因,人们对进水流道内的流态比较注意、比较了解,而对出水流道内的流态则缺乏较为深入的了解。在过去相当长的一段时期内,只做过一些关于出水流道水力损失方面的试验研究。出水流道是水泵装置的一个重要组成部分,对水泵装置的性能有非常明显的影响。出水流道的水力设计至今仍建立在传统的一维流动理论的基础上,这种理论与出水流道实际的三维流动情况出入很大。近些年来,人们对出水流道在水泵装置,尤其是在低扬程水泵装置中的作用,已经有了愈来愈清楚的认识,提出了重视研究出水流道水力设计理论和方法的要求。1997年9月1日颁布实施的国家标准《泵站设计规范》所规定:“出水流道布置对泵站的装置效率影响很大,因此流道的型线变化应比较均匀”[1]。流道的外特性是由其内特性决定的,对流道内特性的认识应是更为本质的认识。本文采用三维紊流数值模拟的方法,对虹吸式、直管式和斜式出水流道内的基本流态进行了初步的分析计算,力图揭示这三种形式出水流道内的三维流动形态,为认识和解决各类有关出水流道的水力学问题奠定必要的基础。1出水流道流动模拟的数学模型泵站出水流道三维流动模拟采用了雷诺平均N-S方程,并以标准κ-ε紊流模型使方程组闭合。选用这种模型的原因,是因为试验证明,标准κ-ε紊流模型对三维流动是非常适用的[2]。1.1控制方程在定常条件下,泵站出水流场的不可压流动可用以下一组方程描述:1.连续方程(1)2.动量方程(2)3.紊动能方程(3)4.紊动能耗散率方程(4)上述各式中,xi(i=1,2,3)为坐标系坐标,ui(i=1,2,3)分别为沿i方向的速度分量,fi为沿i方向的质量力,p为压力,ρ为水的密度,v为水的运动粘性系数。Pr为紊动能生成

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