关键词:
前池流场模拟
扩散角优化
回归分析法
前池经济分析
物理模型试验
摘要:
泵站是常见的水工建筑物之一,广泛地分布于我国,在灌溉、排水、引水等方面发挥着重要的作用。泵站前池是影响泵站安全稳定运行的关键要素之一,合理的泵站前池设计可以使泵站进流更加顺畅,从而提高水泵的运行效率,降低造价,节约成本。本文以六孔进流泵站为研究对象,利用数值模拟方法分析了多种扩散角角度方案下的泵站前池流态,探究了泵站前池扩散角与泵站前池内各水力要素之间的动态影响机理。通过考虑经济分析并结合信息量权数法与回归分析法,得到了适用性优化及准确度优化后的扩散角取值区间,最后通过物理模型试验对数值模拟结果以及优化后扩散角范围的准确性进行了验证,精确了适用于泵站前池设计中的扩散角选取区间。最终得到以下结论:(1)对不同扩散角的前池流态进行研究时发现,随着扩散角的增加,前池流速均匀度持续变小,涡区持续变大,变化速率呈现一个先变缓再相对稳定最后加速上升的现象,在扩散角小于26°时,随着扩散角的增加,前池内两侧低速涡区范围变大,流速均匀度变小,但两者的变化速率逐渐变缓;在26°~38°之间前池内两侧低速涡区范围和流速均匀度变化速率保持相对缓慢且稳定的增长;当扩散角大于38°时,前池内两侧低速涡区范围和流速均匀度的变化速率开始加速上升,因此从前池水流流态的变化情况来看,较优扩散角选取范围的上限应该在26°~38°之间。(2)进水流道水流流态及进流条件受扩散角改变的影响程度不同,综合各指标变化情况来看靠近边壁的1#及6#进水流道水流受扩散角改变的影响最大,其次为2#、5#进水流道,其受影响程度略小于1#及6#进水流道,3#、4#进水流道受扩散角角度影响则最小,且一直能保持良好的进流条件。(3)进水流道内水流流态会随着扩散角的增大而变差。从水流偏转角这一指标来看,扩散角的增加会使得进水流道内水流偏转角增大,增大的速率呈现一个先减小后增大的现象,并在26°时水流偏转角的增长速率达到最低值;从流速均匀度这一指标来看,扩散角的增加会使得进水流道内水流流速均匀度减小,减小的速率先变缓后增加,并在34°达到速率最低值。前池工程的混凝土用量与扩散角之间是一个三角函数关系,混凝土用量会随着扩散角的增大先直线下降后趋于水平,在20°扩散角时变化速率已处于较缓状态,22°时已基本趋于水平。(4)通过物模试验对优化后的扩散角范围进行验证可知,扩散角为38°时前池及进水流道整体流态较差,不适宜作为前池扩散角的选取角度;34°扩散角的前池及进水流道整体流态虽略低于26°扩散角前池,但相差不大且能较好满足泵站进流条件。最后结合数模计算结果与物模验证结果得到优化后的前池扩散角角度范围为20°~34°,为方便实际工程设计应用,结合本文研究内容,提出适用于泵站前池设计中更精准的扩散角选取区间20°~35°。本文结合数模计算及物模验证,使用信息量权数法与回归分析法探究了前池及进水流道流态随扩散角改变的变化规律,提出适用于泵站前池设计中更精准的扩散角选取区间为20°~35°,为泵站设计中前池扩散角的选取提供一个更加精确可靠的范围,同时为其他前池扩散角研究提供一定的参考与借鉴。