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泵站进水前池三维水流数值模拟
梁爱国陈娓姜树成李晓军
广东省电力设计研究院,广州, 长
摘要:本文建立了用于模拟泵站进水前池内流动的数学模型,结合混合有限分析法对该类流动进行数值计算,与
试验资料进行比较,验证了此一数值计算的合理可靠性。并进一步研究该类流动漩涡结构等精细流动特征:上游来流
在后壁反射后,速度反向并与上游来流交汇,交汇位置沿水深变化;以进水管轴线为中心,向两边壁侧发展,漩涡逐
渐形成,且漩涡中心不断向来流方向移动。
关键词: 泵站进水池前池流动数值模拟—模型混合有限分析法
泵站进口极易产生漩涡,导致水泵流量降低、本文采用混合有限分析法旧,结合标准
叶轮汽蚀、结构振动,降低水泵的运行效率,严重双方程紊流模型,与试验资料对比验证本模型
时还将损害水工建筑。对于泵站进水池水流流态, 的合理性、准确性,探讨混合有限分析法模拟泵站
虽然已有较丰富的研究成果,但是对漩涡的形成机进水口处水流流态的可行性,在此基础上进一步研
理尚不十分清楚。因此深入研究进水池漩涡的特究泵站进水口漩涡的形状、速度分布等运动特性,
性,揭示漩涡的结构形式、演化过程及对流动的影以期深入了解漩涡的形成机理,为预测漩涡的发生
响,对理论及工程实践均具有重要意义。提供理论基础。
随着计算机技术和数值计算方法的日益成熟,
利用数值计算方法分析进水池内的复杂流动成为一控制方程
种周期短、投资少的新途径。早期..
运用有限元法求解二维深度平均下的泵站进水前池中水流流动属于三维湍流运动。
—方程,并与实验进行了对比,但由于基于假定,若以进水管直径为特征长
缺乏好的湍流近壁模式,模拟结果没有揭示进水池度,进水管口处平均流速为特征速度,采用
近壁区和漩涡区的流动特性;.运双方程模型封闭雷诺时均方程,可得到笛卡尔坐标
用有限差分格式、采用欧拉一拉格朗日法进行模拟系下无量纲化后的流动控制方程:
计算,并与..的径向速度、切向速
:
度进行了比较,结果显示较好地模拟了涡量场,但是,
过分简化了进水口的几何形状,不适合处理复杂区
域的流动;..等人在实验的卟一誓考
基础上,数值模拟了简单几何形态进水口,比较了漩
一
涡的切向流速和涡环量,计算预测水下涡、近壁涡的
位置、大小及结构都和实测吻合较好,水面涡的结构
略大于实测。,..采用一生一了誓
和对泵站进水前池内的漩涡结构进行了模拟,
得到和试验相似的漩涡结构和形状,但是模拟得到卟一
的漩涡的强度及位置依赖所采用的模型及对边界条
件的处理方式。·
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表泵站进水口模型试验条件
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去警盟茜在泵站实际工程中进水前池有多种形式,其中
矩形进水池是最为常见的形式。本文计算模型的边
等卜界条件采用..。,..
,..物理模型试验条件,详见表、图
一一。
模型