摘要：在泵站进水系统中进水池流场的流态对水泵的水力性能和运行稳定性影响大，进而影响整个泵站工程运行的效率和安全稳定性，因此本文采取模型试验和数值模拟相结合的方法，研究在相同的弗劳德数下，泵站进水池内部水流流动的相似性。

首先，通过进水池的三维造型，构建了进水池的几何模型。并根据两个比尺为1：2的进水池几何参数，建立进水池内部的数值模拟计算模型。通过与模型试验结果对比，验证了计算所得能量特性及进水池内的流场特征，确定计算模型的可靠性。

其次，以弗劳徳数0.835、淹没深度130mm的进水池模型为例，比较模型试验和数值模拟在y方向和z方向的速度分布的异同，总结了速度的变化规律，分析形成自由表面旋涡的原因，旋涡强度和压差是影响表面吸气涡的重要因素。

最后，在同一弗劳徳数，进水池模型比尺为1：2的情况下，通过对进水池内部的流速和压力进行无量纲化处理，系统分析了进水池内部流态的流速以及压力变化过程，发现进水池内部的流动存在一定的相似性。在进水口、进水池两侧以及进水管和喇叭口附近都有较大的速度差和压力差。在Fr = 0.835时，不同比例的进水池内流动的相似性比Fr = 0.7时更为显著，速度分布规律较为一致且进水池两侧壁面附近的附壁涡形态与数量基本吻合。综合比较各组进水池内部水流的速度分量变化规律，进一步揭示了泵站进水池内部水流流动的相似性，从而为进水池模型试验的设计、研究提供参考。

关键词：泵站进水池，比尺效应，弗劳徳数，数值模拟，无量纲

目  录

摘  要

Abstract

1. 绪论-1

1.1 研究目的及意义-1

1.2 研究现状-1

1.2.1 理论研究-1

1.2.2试验研究-2

1.2.3 数值模拟-3

1.3 本文的研究工作-4

2. 三维湍流的数值模拟-5

2.1 控制方程-5

2.2 湍流数值模拟概述-6

2.2.1 直接数值模拟（DNS）-6

2.2.2 大涡模拟-7

2.2.3 Reynolds 平均法-7

2.3 湍流模型-8

2.4 VOF方法-9

3.数值计算可靠性检验-10

3.1开敞式进水池的几何参数-10

3.2计算模型与网格划分-11

3.3 边界条件-12

3.3.1 进口边界-12

3.3.2 出口边界-12

3.3.3 壁面边界-13

3.4计算值与试验结果对比-13

3.4.1 速度分布-13

3.4.2吸入涡的形态分析-14

4. 进水池流动的相似性-21

4.1  Fr=0.7，流动相似性分析-21

4.2  Fr=0.835，流动相似性分析-30

4.3本章小结-38

5. 总结-39

5.1总结-39

5.2建议-39

参考文献-40

致谢-42