摘要：本文以城市防洪排涝、供排水工程与及泵站技术更新改造为背景，以安徽省宣城市仙人桥泵站为研究对象，对其进、出水流道的水力特性进行分析，并实现多目标的优化设计。对该泵站的肘形进水流道与开敞式出水流道进行三维造型与网格划分为实现优化设计做出储备；运用三维紊流数值模拟方法，分别对肘形进水流道、开敞式出水流道、整体泵装置的水力特性数值模拟，在对数值模拟进行分析的过程中，完成水泵装置在0°叶片角度下的数值模拟，并对最后的结果做出分析总结得出泵装置特性曲线。具体研究内容如下：

1)针对仙人桥泵站高排站的肘形进水流道，对其进行三个不同方案的数值模拟，对比分析流道水力损失、水泵进口断面的速度均匀度和入流角，优选最佳方案。

2)以仙人桥高排泵站开敞式出水流道为研究对象。设计不同顶板高度，比较分析其在不同流量下水力损失，确定最佳方案。

3)对其仙人桥高排泵站整体泵装置开展0°的CFD数值分析，预测泵装置特性曲线，与试验结果比较。并分析水泵叶片在0°时，带泵与不带泵的进出水流道的水力特性。

关键词：泵站；肘形进水流道；开敞式出水流道；数值模拟

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论-1

1.1研究背景和意义-1

1.2工程概况-1

1.3国内研究现状-2

1.4本文的研究内容-3

2 肘形进水流道的水力优化研究-4

2.1确定肘形进水流道的几何尺寸-4

2.2肘形进水流道数值模拟的研究-6

2.2.1肘形进水流道三维模型-6

2.2.2模型建构与网格划分-8

2.2.3数学模型-9

2.2.4边界条件设置-10

2.2.5算法与参数设置-10

2.2.6目标函数-10

2.2.7目标函数的结果与分析-11

2.2.8内流场分析-11

2.2.9肘形进水流道数值模拟的结论-15

2.3方案3多工况数值模拟结果-15

2.3.1优化方案3流道水力损失-15

2.3.2优化方案3流速分布均匀度-16

2.3.3优化方案3流速加权平均角-17

2.3.4优化方案3内部水流流动特性-17

2.3.5优化方案3的数值模拟分析结果-23

3开敞式出水流道的水力优化研究-24

3.1开敞式出水流道的几何尺寸-24

3.2出水流道数值模拟结果及分析-25

3.2.1开敞式出水流道三维模型-25

3.2.2网格划分和模型构造-27

3.2.3水泵出水流道边界条件设置-28

3.2.4数值模拟结果与分析-28

3.2.5开敞式出水流道内流场分析-29

3.2.6水泵出水流道数值模拟结论-32

4泵站整体装置三维湍流数值模拟-34

4.1叶轮与导叶的三维实体造型-34

4.2相似比尺和模型比尺-35

4.3模型泵装置的网格剖分-36

4.4边界条件设置-37

4.5模型泵装置数值计算结果-37

4.6水泵装置内流场分析-39

4.7泵装置数值模拟结论-40

5 叶轮对进出水流道水力性能的影响-41

5.1带水泵的肘形进水流道水力特性-41

5.1.1肘形进水流道进口断面速度环量-41

5.1.2肘形进水流道水力损失特性-42

5.1.3肘形进水流道进口断面的流速分布均匀度和流速加权平均角-43

5.2带水泵的开敞式出水流道水力特性-45

5.2.1水泵出口断面速度环量-45

5.2.2水泵出水流道水力损失特性-46

5.3结论-47

6总结与展望-48

6.1总结-48

6.2展望-48

致谢-49

参考文献-50