对于水力钟形进水流道出口PIV流场测试与数值模拟

论文导读：目的和作用12-131.2钟形进水流道的探讨概况13-161.2.1模型试验13-141.2.2数值模拟14-151.2.3流场测量15-161.3钟形进水流道的运用16-171.4CFD软件FLUENT介绍17-191.5本论文探讨的主要内容19-202试验设计20-352.1轴流泵试验台设计20-252.1.1轴流泵设计22-232.1.2钟形进水流道设计23-252.1.3管路设计252.2轴流泵装
摘要：进水流道是将前池的水流转向后平顺地引入水泵叶轮室,为水泵提供良好的进水条件的进水建筑物,是大中型泵站工程中重要组成部分,其流态对水泵性能和安全运转有着重要的影响。钟形进水流道是大型泵站中一种较好的进水流道形式,在国外尤其在日本,已经获得大量运用,而在国内运用较少,经验不足,设计策略也不成熟。为充分了解这种流道的特性,需要对其进行深入细致的试验探讨工作。目前国内外已有的试验探讨策略大都局限于泵装置的外特性,没有深入到流道内部的水流运动状态。随着计算机技术的进展和CFD流体计算软件的广泛运用,虽然通过数值模拟的策略模拟进水流道内部流态,能获得流道内全方位的流场分布情况。但是数值模拟泵装置系统中内部复杂流动的可靠性有待进一步考证。由此探讨结果还不能真实反映了内部水流运动情况。然而,只有弄清流道内部水流运动状态,才能深刻剖析其水力特性,为流道的优化设计提供依据。本论文通过设计一套立式轴流泵透明进水流道泵装置试验台,在该试验台上对该泵装置进行了性能测试并与FLUENT数值计算性能曲线进行了比较浅析。并首次采取先进的PIV (Particle Image Velocimetry)非接触式流场测量技术,在不扰动被测区域流场的情况下对钟形进水流道出口段进行了二维与三维PIV流场测试,获得了钟形进水流道出口段部分域的流场分布并与FLUENT数值模拟计算结果进行了比较。浅析了在小流量、最优流量、大流量三种工况下钟形进水流道出口流动情况,结果表明两种策略得到进水流道出口轴向流速沿轴向和径向分布较为吻合。但通过PIV实测数据分布总结出在在小流量工况下,进水流道出口靠近叶轮进口段水流出现预旋流动现象(水流跟着叶轮一起旋转),最优流量和大流量工况下,叶轮进口水流几乎不受叶轮旋转的影响,而在90°转向历程中受水流惯性冲力的影响体现为在来流方向有着一定的速度分量。这种速度分量可能导致进水流道出口断面流速分布不均匀,设计钟形进水流道时应充分予以考虑。而数值模拟结果在三种工况下并无显著区别,在进水流道出口断面上均有着来流方向的速度分量,说明在小流量工况下,用数值模拟的策略模拟小流量复杂内部流动的紊流模型需进一步改善。且进一步说明在小流量工况下,叶轮的旋转引起叶轮进口水流预旋区域较大。关键词：进水流道论文水力特性论文流场论文数值模拟论文PIV论文
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Abstract6-10
符号说明10-12
1 绪论12-20

1.1 探讨的目的和作用12-13

1.2 钟形进水流道的探讨概况13-16

1.2.1 模型试验13-14

1.2.2 数值模拟14-15

1.2.3 流场测量15-16

1.3 钟形进水流道的运用16-17

1.4 CFD软件FLUENT介绍17-19

1.5 本论文探讨的主要内容19-20

2 试验设计20-35

2.1 轴流泵试验台设计20-25

2.

1.1 轴流泵设计22-23

2.

1.2 钟形进水流道设计23-25

2.

1.3 管路设计25

2.2 轴流泵装置性能试验25-32

2.1 测量仪器与设备25-27

2.2 试验策略27-28

2.3 性能测试28-30

2.4 试验台测量不确定度浅析30-32

2.3 PIV测试设计32-34

2.3.1 PIV测试要求32-33

2.3.2 PIV测试内容33-34

2.4 本章小结34-35

3 钟形进水流道出口PIV流场测试35-51

3.1 PIV测试系统35-36

3.2 PIV测试原理36-38

3.3 二维PIV测试38-40

3.4 三维PIV测试40-45

3.4.1 三维PIV标定40-43

3.4.2 示踪粒子的选择43-44

3.4.3 片光源44-45

3.5 测试数据处理与结果45-49

3.6 测试误差49-50

3.6.1 环境因素造成的误差源49-50

3.6.2 人为因素造成的误差50

3.6.3 系统误差50

3.7 本章小结50-51

4 钟形进水流道装置数值模拟51-69

4.1 泵装置计算前处理51-55

4.

1.1 制约方程52

4.

1.2 网格剖分52-54

4.

1.3 边界条件54-55

4.2 计论文导读：泵装置内部粒子迹线图64-664.3数值模拟性能预测66-684.4本章小结68-695计算结果与试验结果比较69-895.1轴向断面速度云图分布69-705.2性能曲线比较70-715.3钟形进水流道出口段流速分布71-885.3.1沿Y方向流速分布71-785.3.2轴向流速径向分布78-825.3.IV测量钟形进水流道出口特点断面82-835.3.4数值模拟钟形进水流
算结果浅析55-66
4.

2.1 模型泵装置内部流场计算工况点的选取55

4.

2.2 钟形进水流道内压力速度分布55-61

4.

2.3 叶片压力速度分布61-63

4.

2.4 导叶体压力速度分布63-64

4.

2.5 泵装置内部粒子迹线图64-66

4.3 数值模拟性能预测66-68

4.4 本章小结68-69

5 计算结果与试验结果比较69-89

5.1 轴向断面速度云图分布69-70

5.2 性能曲线比较70-71

5.3 钟形进水流道出口段流速分布71-88

5.

3.1 沿Y方向流速分布71-78

5.

3.2 轴向流速径向分布78-82

5.

3.3 PIV测量钟形进水流道出口特点断面82-83

5.

3.4 数值模拟钟形进水流道出口特点断面83-85

5.

3.5 断面轴向速度云图浅析85-88

5.4 本章小结88-89
6 结论与展望89-91

6.1 结论89-90

6.2 展望90-91

参考文献91-94
致谢94-95