摘要：低扬程卧式轴伸轴流泵装置在城市排水防涝和农业灌溉中有着广泛地应用。在“十三五”时期，为响应国家治水方针，江苏省苏州市更新改建了一大批城市闸站和泵站以确保城市防汛和供水安全。本文将结合苏州市城市中心区陆步桥闸站改建工程，针对直管式进水流道配合S型出水流道的平面S型轴伸轴流泵装置，使用ANSYS CFX等软件对其优化设计进行系统的研究分析，主要内容包括：

（1）对直管式进水流道的主要尺寸进行分析，设计3个不同平面渐缩角的优化方案（、、）并在6个流量工况下进行数值模拟计算，结合流速分布均匀度、流速加权平均角、内部流动流态和水力损失等因素进行综合分析，最优设计方案的渐缩角。

（2）针对S型出水流道的渐扩段进行分析设计，设计3个不同平面渐扩角的优化方案（、、）并在6个流量工况下进行数值模拟计算，以水力损失为目标函数结合内部流动流态进行分析，结果表明这一方案最优。

（3）将最优进、出水流道方案与TJ04-ZL-07模型泵拼装为泵装置整体在9个工况点下进行数值模拟计算分析。泵装置的能量性能符合轴流泵的流量扬程变化规律，即随着流量增大，扬程下降；效率曲线近似呈现开口向下的抛物线形状。在叶片角度为0°时水泵装置高效率区在250kg/s左右，水泵装置最高效率为71.96%，所对应的装置扬程为2.493m，水泵装置扬程在4.01m处出现拐点进入马鞍区。

（4）对带水泵进出水流道与不带泵进出水流道的水力性能进行分析，结果表明：带泵进水流道与不带泵进水流道的水力性能在大流量下相似，在偏离水泵设计工况点的小流量时会受到叶轮旋转产生的扰动影响；带泵的出水流道与不带泵的出水流道流态差异较大，在加上泵装置会消除单出水流道计算时存在的偏流状况。

关键词：平面S型轴伸轴流泵；进水流道；出水流道；泵装置；数值模拟

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2 国内研究现状-2

1.3 本文研究内容-3

2 直管式进水流道的水力优化-5

2.1 确定直管式进水流道的几何尺寸-5

2.2 进水流道数值模拟结果及分析-6

2.2.1 直管式进水流道三维造型-6

2.2.2 模型构建与网格划分-9

2.2.3 数学模型-10

2.2.4 边界条件设置-11

2.2.5 算法与参数设置-12

2.2.6 目标函数-12

2.2.7 计算结果-13

2.2.8 内流场分析-13

2.2.9 进水流道数值模拟结论-17

2.3 优化方案3数值模拟结果-17

2.3.1 优化方案3的流道水力损失-18

2.3.2 优化方案3的流速分布均匀度-18

2.3.3 优化方案3的流速加权平均角-19

2.3.4 优化方案3内部水流流动特性-20

2.3.5 优化方案3的数值模拟结论-26

3 S型出水流道的水力优化-28

3.1 确定S型出水流道的几何尺寸-28

3.2 出水流道数值模拟及分析-29

3.2.1 S型出水流道三维造型-29

3.2.2 模型构建与网格划分-33

3.2.3 边界条件设置-34

3.2.4 计算结果-35

3.2.5 内流场分析-36

3.2.6 出水流道数值模拟结论-38

4 陆步桥泵站整体装置三维湍流数值模拟-39

4.1 叶轮与导叶的三维实体造型及网格划分-39

4.2 相似比尺和模型比尺-40

4.3 模型泵装置的整体拼装-41

4.4 边界条件设置-44

4.5 模型泵装置数值计算结果-44

4.6 水泵装置内流场分析-46

4.7 水泵装置数值模拟结论-47

5 水泵叶轮对进出水流道水力性能的影响-49

5.1 带水泵的直管式进水流道水力特性-49

5.1.1 水泵进口断面速度环量-49

5.1.2 进水流道水力损失特性-50

5.1.3 水泵进口断面的流速分布均匀度和流速加权平均角-50

5.2 带水泵的S型出水流道水力特性-52

5.2.1 导叶体出口断面的速度环量-52

5.2.2 出水流道的水力损失-53

5.3 水泵装置内部三维流动特性-54

5.4结论-54

6总结与展望-55

6.1总结-55

6.2今后工作展望-56

致谢-57

参考文献-58