火电厂循环水泵站进水流道模型试验与三维数值模拟

论文摘要

进水流道是火电厂循环水泵站的一个重要组成部分,其主要作用是将水流平顺地引至水泵进口,为水泵创造良好的水力条件。设计合理的进水流道不仅可以有效地减少水力损失,消除流道内各种有害旋涡,保证循环水泵的高效运行,而且能够节约用水、用电,减少工程投资。因此,分析研究循环水泵站进水流道水力特性,对水泵的安全运行、能源的合理利用、电厂的综合效益等方面都有着极其重要的意义。目前,对泵站进水流道水力特性的研究主要借助物理模型试验和数值模拟两种方法。物理模型试验方法相对比较成熟,观测结果真实、可靠;数值模拟周期短、费用少,能够得到整个流场的数据,便于方案的比较。两种方法各有优缺点,因此,本文以物理试验和数值模拟两种方法相结合,对电厂循环水泵站进水流道的水力特性进行分析,得到以下结论:1)原设计方案流道内水位沿水流方向趋于平稳,水泵吸水口附近水流流态平顺,吸水室内未见水下漩涡及漩流。但流道宽度略小于我国技术规定的要求,进口明渠及纵向扩散段存在表面及底部回流,吸水室表面偶有塌陷漩涡,吸水室局部测点流速大于泵站设计要求。2)修改方案的引水流道体型设计基本合理,流道内水位波动较小,吸水管中水流平顺,流速分布均匀对称,未出现有害漩涡,水泵瞬间启闭水位跌落和涌高及最小淹没度均达到水泵设计要求。3)数值模拟所得流道内水面线、流速分布及水流流态与模型观测结果吻合较好,说明本文采用的数学模型和计算方法正确,计算结果真实、可信,同时验证了物理模型试验的合理性。4)通过对吸水喇叭口及吸水管内轴向流速和X、Z方向流速定量分析,可知:轴向流速分布均匀对称;X和Z方向的流速分布基本呈原点对称,流速方向相反、正负抵消,并且流速量值减小幅度较大,不会在吸水管内形成强度较大的漩流。说明流道内阻涡设施设计合理,吸水喇叭口及吸水管的整流效果明显。5)对比楔形和蜗形两种阻涡设施的水力特性,可得:楔形吸水室吸水喇叭口的局部阻力系数小于蜗形吸水室的局部阻力系数;楔形吸水室喇叭口四周流线分布均匀,而蜗形吸水室喇叭口迎水面流线密于背水面,蜗形吸水室更容易在吸水管内形成偏流或漩流等不良流态;楔形吸水室吸水管内轴向流速、X及Z向流速的分布规律均强于蜗形吸水室吸水管内的流速分布规律。说明楔形阻涡设施的整体阻涡效果要强于蜗形阻涡设施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 模型试验研究
• 1.2.2 数值模拟研究
• 1.3 研究的内容及方法
• 1.3.1 研究的内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 火电厂循环水泵站进水流道模型试验
• 2.1 工程概况
• 2.2 试验目的及内容
• 2.2.1 试验目的
• 2.2.2 试验内容
• 2.3 模型设计与制作
• 2.3.1 模型设计
• 2.3.2 模型制作
• 2.4 试验测量设备与测点布置
• 2.4.1 试验测量设备
• 2.4.2 测点布置
• 2.5 原始方案成果分析
• 2.5.1 进水流道有关参数分析
• 2.5.2 原始方案结论
• 2.6 修改方案成果分析
• 2.6.1 引水流道中水位沿程变化及水位波动分析
• 2.6.2 引水流道中的水流流态及典型断面流速分布
• 2.6.3 最小淹没度试验
• 2.6.4 水泵突然启闭时吸水室水位波动
• 2.7 本章小结
• 第三章 数值模拟理论及FLUENT 软件简介
• 3.1 紊流模型与控制方程
• 3.1.1 紊流数学模型的选取
• 3.1.2 基本控制方程的建立
• 3.2 数值计算方法
• 3.2.1 常用的离散方法
• 3.2.2 方程的离散
• 3.2.3 压力—速度耦合关系的处理
• 3.2.4 代数方程的求解方法
• 3.3 边界条件处理
• 3.3.1 进口边界条件
• 3.3.2 出口边界条件
• 3.3.3 固壁边界条件
• 3.4 自由水面的处理
• 3.5 FLUENT 软件简介
• 3.5.1 FLUENT 软件可以求解的问题
• 3.5.2 用FLUENT 程序求解问题的步骤
• 3.5.3 FLUENT 软件求解方法的选择
• 3.5.4 FLUENT 软件求解带有自由表面的流动问题
• 3.6 本章小结
• 第四章 火电厂循环水泵站进水流道数值模拟
• 4.1 体型设计
• 4.2 网格划分及边界条件
• 4.2.1 网格划分
• 4.2.2 边界条件
• 4.3 数值模型和计算方法
• 4.3.1 数值模型
• 4.3.2 计算方法
• 4.4 计算结果验证
• 4.4.1 水面线
• 4.4.2 吸水室流速分布
• 4.4.3 吸水室水流流态
• 4.5 吸水喇叭口及吸水管流速分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 火电厂循环水泵站进水流道阻涡设施水力特性分析
• 5.1 体型设计
• 5.2 网格划分和数值解法
• 5.3 计算结果分析
• 5.3.1 吸水喇叭口局部阻力系数对比
• 5.3.2 吸水室水流流态对比
• 5.3.3 吸水喇叭口及吸水管流速对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介