谢陆林M110801学位论文开题报告

侧向进水泵站进水口水力特性研究报告人：谢陆林申请学位：学术学位所在学院：水利科学与工程学院学科专业：水利学与河流动力学指导老师：王林锁报告时间：2013年4月24学位论文开题报告重要内容:论文选题的理由或意义国内外有关该课题的研究现状及趋势研究目的、研究内容和拟解决的核心问题拟采用的研究办法、研究手段、技术路线、实验方案及可行性分析本题目的创新之处和可预期的发明性成果论文工作量、年度研究计划、可能碰到的困难和问题及对应的解决方法与本题目有关的研究工作积累和已获得的研究工作成绩已含有的研究条件，尚缺少的研究条件和拟解决的途径论文选题的理由或意义新中国成立以来，我国经济获得了突飞猛进的发展，随着社会的进步和科学的发展，人们对水的需求不停增加，特别是近年来由于国的的政策和在水利方面的大量投资，更使水利事业得到了飞跃式的进步。但我国是一种干旱缺水的国家，人均量低于世界平均量，丰年份枯年份比较突出，河流的泥沙淤积严重。这些特点造成了我国容易发生水旱灾害，水的供需产生矛盾，针对以上问题我国按照自然条件兴修水利工程，以求用水最大化调节，以适应社会主义市场化的规定。水利项目的建设给泵站的设计和运行提出了新的课题，其中泵站进水口水力特性就是其中的一种重要的水力学课题。在兴修水电站，火电站及给排水浇灌中，侧向取水是一种常见的取水方式，由于其有易于操作，设计简朴等特点故得到广泛运用。在有关侧向进水口的研究过程中，前人已做了大量的研究实验性工作，但总体来说重要是研究取水口的流态、泥沙运动及分流与分沙等问题较多，有关侧向进水口的长、宽及进水口与河道之间的角与水流之间存的关系的研究尚有某些可待解决的问题。泵站取水口的水力特性研究是研究泵站的一种重要部分，按照泵站的设计指导思想和原则进行设计泵站，在确保泵站安全可靠运行前提下，要突出体现设计的经济性、合理性和先进性，最大程度地减少工程造价，节省用地和用电，减少消耗和运行管理成本。不仅如此，泵站进水口的设计与否合理，还涉及到水泵站运行的安全问题，合理的取水口布置，对于提高泵站运行效率，延长泵站使用寿命，确保泵站运行安全以及节省工程造价含有重大作用。取水口的设计作为泵站进水的第一道关口，它的合理性直接关系到之后泵站设计的规定，为使泵站进水口尽量满足设计规定，因此对取水口的尺寸，形状的和理性都对设计人员提出了新的规定。在这种新的状况下，终究什么样的取水口设计是最优化的，这所产生一系列问题，就需要通过科学实验来检查论证设计的合理性。现在在河流泵站侧向进水设计中，进水口可能存在下述问题：泵站进水口是连接河流和进水渠之间的重要位置，它的设计关系到进水渠道的尺寸大水和进水渠道内部水流的特性。普通状况下进水口的方向是垂直于河道进行布置，但这种布置与否合理，在实际工程中由于地形，占地等诸多方面的因素为了节省占地减少工程量等实际需要，进水口需要多长的才干达成水流平稳的效果，因此在诸多工程中有关进水口的施工没有过到抱负的作用。

总而言之，进水口布置方式与否合理，直接影响到水泵站的运行，也是研究泵站运行中非常重要的一部分。由于进水口水流流态的复杂与多变性，上述问题的解决在现在还不能完全依靠理论计算或查取规范解决。以往都是通过水力模型实验研究来谋求合理、最优的进水口和流道的设计。本文研究采用数值模拟的办法，对泵站进水口布置的方式进行三维数值模拟研究，特别针对不利条件下的流道入口布置方法，为实际工程设计和运行管理提供合理可行的参考根据研究泵站进水口水体流动和水力性能的办法重要有理论分析、模型实验和数值模拟等办法。模型实验是现在重要的研究手段,但模型实验研究周期长，成本高。近年来，随着计算机技术的发展和计算流体力学理论的日益完善，水流内部流动的数值模拟正逐步成为设计人员的工具，数值模拟的办法可获得流道内部流场的具体信息，形象直观,能进一步进一步研究流动机理。本次研究是以大型计算流体力学软件(Fluent)为平台，运用三维数值模拟技术，进一步进一步分析泵站进水口的水力特性。国内外有关该课题的研究现状及趋势随着PIV，LDV，PDA等当代测试技术的出现，运用当代测量手段实现进水流场的可视化成为实验研究发展的方向。随着计算机硬件的发展和数值计算办法的不停改善，流场模拟开始应用于研究水流流动。赵毅山等应用混合有限分析法与交错网格，模拟了污水泵站高位井的平面定常和非定常流场，数值模拟流态与实测数据基本吻合。高秋生率先在国内采用三维κ～ε紊流模型对典型的正向扩散泵站前池进行了数值模拟，成功地解决了现有自由水面又有有压水流的流动计算问题，给出了前池完整的三维空间流场。成立采用三维紊流模型系统研究了侧向进水泵站前池内的弯道水流运动，并提出一种新型组合底坎形式，通过数值模拟技术探讨了底坎二维、三维整流机理。吉庆丰应用水平方向上是正交贴体坐标系、垂直方向上是笛卡尔坐标系的混合数值网格系统和三维紊流数值模拟的办法，模拟了泵站前池水流流态。Hwang等对一圆形进水池进行了流场并与实验进行了比较，获得了特殊形式进水池的流动特性，Constantinescu和sotiropoulos提出的修正的双方程κ～ε紊流模型成功地对进水池进行了模拟，预测了水面涡和附壁涡的位置和长度，并对复杂涡的构造进行了进一步分析。流场测试方面，Rajendran采用涉及两个双脉冲激光器、单CCD、图象转换器等的二维PIV对进水池附近流场进行测试，拍摄区域70×70mm，获得了不同位置瞬时和时均流速场和涡量场，对文献的计算成果进行了验证；张波涛应用2D-PIV技术测量封闭式水泵吸水池内部流场。采用数值模拟的办法研究进水流道内部流动状况已成为趋势。阎超应用计算流体力学来研究泵站进水流道，针对贯流泵站装置特点将三维流道简化成二维轴对称问题求解；陈红勋对大型泵站进水流道内部流动进行分析，提出了势流假定下的大型泵站进水流道道内部流动的全二维直接边界元的解析办法，并针对某300斜轴泵站进水流道设计方案进行了计算。陆林广开展了进水流道的三维紊流计算，对进水流道和出水流道内流态进行了分类。成立将三维数值计算用于肘形进水流道设计方案比选。刘超、成立和汤方平进行水泵站前池三维流动计算和实验，为消除水泵站前池的水流在扩散过程中产生的回流、旋涡，提出了在前池中设立多组底坎的方法。对设立底坎前后的复杂流动进行三维紊流数值模拟计算，并通过水力模型实验加以验证。计算成果和实验成果十分吻合，有效地消除了回流和旋涡，流态明显改善。研究目的、研究内容和拟解决的核心问题本课题以水流流态进入泵站前达成平稳，没有出现偏流及波动为止。通过分析，拟定使进水条件更加均衡状况下的取水口角度与尺寸设计，使水流进入泵站前满足平顺、稳定的规定，以泵站进水口来流顺畅、进入泵室水流均匀，运行中不发生较大水位波动等为目的，为类似泵站取水口工程设计提供根据。通过对河流取水渠道进口流场进行三维数值模拟，研究在不同取水口与河流主流线的角度的状况下取水口的水力特性，同时分析不同水深、不同流量、流速条件下泵站进水口的长度和取水角度的关系，在变化进水口布置形式的状态下水流的特性。以流体力学的基本理论为根据，采用三维数值模型的办法，对泵站侧向进水口水流特性进行精细数值模拟，并进一步分析泵站进水口水力特性，在变化泵站取水口多个条件下的多个模拟成果数据进行分析研究，综合对比。在某些限制条件下取水口的设计怎么才干达成最优化，使水流能平稳的进入水泵是本次研究的核心问题。拟采用的研究办法、研究手段、技术路线、

实验方案及可行性分析（1）资料收集与分析。首先收集该领域研究的重要研究成果，对前人和本课体现在的工作进行认真总结。然后采用系统分析办法，对泵站侧向进水口的型态、进流状况、进水稳定性等进行综合分析，通过进水口曲线找出进水口设计形式对整个进水流态的不利影响。（2）建立数学模型。根据论文设计方案，建立侧向进水口的模型，对不同角度，不同进水口布置运用Fluent软件，建立进口水流场三维数学模型。以此获得进水口的水力特性为分析数值提供根据。。（3）进行精细数值模拟，分析进水口流场特性。结合流体力学的基本理论，对泵站侧向进水口在不同取水渠道与河流主流线的角度，不同水深、不同流量下进行三维数值模拟计算，通过对计算成果的分析，研究取水口曲线设计参数对取水口水流流场的影响的流动特性，提出优化布置方案。本题目的创新之处和可预期的发明性成果本论文以FLUENT为计算平台，通过不同取水渠道与河流主流线的角度，不同水深、不同流量条件下流道进口和取水渠道水流运动特性的研究。在角度的选用上采用多角度对比的实验过程，找出最佳取水角度，并以此角度为根据，再进行进水口方式的设计，从而找出最合用的平稳流线。通过模型的研究分析，和大量的实验工作，其成果可能以下：1、向河流主流方向偏向的角度是最以较抱负角度；2、在流量拟定的状况下角度的大小与主流流速存在一定的关系；论文工作量、年度研究计划

本论文计划在一年时间内完毕，期间的重要工作内容与预期目的安排以下：（1）2012年3月～4月收集有关河流进水口的资料、研究成果及前期物理模型实验成果；分析前期设计参数存在的问题。（2）2012年4月～2012年7月学习并掌握流体数值模拟计算的FLUENT软件；（3）2012年7月～2013年1月用FLUENT软件进行仿真计算，通过重复模拟,拟定流道进口流场特性,完毕论文初稿;（4）2013年1月～3月完毕论文修改稿。将修改稿交给导师审查再进行修改，在2013年4月～5月，实现论文的最后定稿。（5）2013年5月底，将论文打印、装订整洁，等待论文答辩。可能碰到的困难和问题及对应的解决方法难点：进水口精细模拟，边界条件的解决；核心技术：建立泵站取水口三维水流模型；办法：以数值模拟为基本手段，分析泵站取水口流场特性，提出改善流态的具体工程方法；方法：通过对进水口流场精细数值模拟，进一步进一步研究取水口流动机理、取水口设计形式。问题：对论文中所涉及到的核心技术还没有完全掌握，且缺少丰富的实践经验。方法：通过文献调查、网络查询、电子邮件、实地调研等多个形式完毕数据及知识积累。谋求专家、老师及同窗协助。与本题目有关的研究工作积累和已获得的研究工作成绩曹继文等对明渠岸边横向直角取水口的水力特性进行了实验研究，通过三维超声波流速仪(ADV)测得了取水口的流速数据，实验中针对不同的分流流速比，测取了主水槽的表底层分流宽度、进水口门流速场以及紊动能k和雷诺应力的分布。实验成果显示在取水口附近的水流构造含有明显的三维特性。取水口断面的流速分布与正常的明渠流速分布不同，其断面的最大流速经常在底层。杨帆，陈惠泉，郭军运用单点三维流速测量仪(ADV)对顺直明渠岸边侧向45取水口的近区水域进行了三维流速测量。将实验成果与90取水口的成果进行了对比，成果表明45取水口附近的水流更加平顺，口门断面处的流速分布更加均匀，分槽内净进流宽度更大。高学平等对仙式进水/出水口进行了三维数值模拟，研究侧式进/出水口水力特性分析其流场特点，探讨了不同体型对进/出口流态和水头损失的影响。已含有的研究条件，尚缺少的研究条件和拟解决的途径我校老师含有对水力学与流动力学深厚的知识积累，在水流三维数值模型研究方面拥有丰富的经验和办法，对泵站进水口与出水口的研究发表过在量的论文，有着大量的参考资料，并且也可从老师那里得到