謝陸林M110801學(xué)位論文開題報(bào)告

側(cè)向進(jìn)水泵站進(jìn)水口水力特性研究報(bào)告人：謝陸林申請(qǐng)學(xué)位：學(xué)術(shù)學(xué)位所在學(xué)院：水利科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)科專業(yè)：水利學(xué)與河流動(dòng)力學(xué)指導(dǎo)老師：王林鎖報(bào)告時(shí)間：2013年4月24學(xué)位論文開題報(bào)告重要內(nèi)容:論文選題的理由或意義國內(nèi)外有關(guān)該課題的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)研究目的、研究?jī)?nèi)容和擬解決的核心問題擬采用的研究辦法、研究手段、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析本題目的創(chuàng)新之處和可預(yù)期的發(fā)明性成果論文工作量、年度研究計(jì)劃、可能碰到的困難和問題及對(duì)應(yīng)的解決方法與本題目有關(guān)的研究工作積累和已獲得的研究工作成績(jī)已含有的研究條件，尚缺少的研究條件和擬解決的途徑論文選題的理由或意義新中國成立以來，我國經(jīng)濟(jì)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)水的需求不停增加，特別是近年來由于國的的政策和在水利方面的大量投資，更使水利事業(yè)得到了飛躍式的進(jìn)步。但我國是一種干旱缺水的國家，人均量低于世界平均量，豐年份枯年份比較突出，河流的泥沙淤積嚴(yán)重。這些特點(diǎn)造成了我國容易發(fā)生水旱災(zāi)害，水的供需產(chǎn)生矛盾，針對(duì)以上問題我國按照自然條件興修水利工程，以求用水最大化調(diào)節(jié)，以適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)化的規(guī)定。水利項(xiàng)目的建設(shè)給泵站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提出了新的課題，其中泵站進(jìn)水口水力特性就是其中的一種重要的水力學(xué)課題。在興修水電站，火電站及給排水澆灌中，側(cè)向取水是一種常見的取水方式，由于其有易于操作，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)樸等特點(diǎn)故得到廣泛運(yùn)用。在有關(guān)側(cè)向進(jìn)水口的研究過程中，前人已做了大量的研究實(shí)驗(yàn)性工作，但總體來說重要是研究取水口的流態(tài)、泥沙運(yùn)動(dòng)及分流與分沙等問題較多，有關(guān)側(cè)向進(jìn)水口的長(zhǎng)、寬及進(jìn)水口與河道之間的角與水流之間存的關(guān)系的研究尚有某些可待解決的問題。泵站取水口的水力特性研究是研究泵站的一種重要部分，按照泵站的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和原則進(jìn)行設(shè)計(jì)泵站，在確保泵站安全可靠運(yùn)行前提下，要突出體現(xiàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、合理性和先進(jìn)性，最大程度地減少工程造價(jià)，節(jié)省用地和用電，減少消耗和運(yùn)行管理成本。不僅如此，泵站進(jìn)水口的設(shè)計(jì)與否合理，還涉及到水泵站運(yùn)行的安全問題，合理的取水口布置，對(duì)于提高泵站運(yùn)行效率，延長(zhǎng)泵站使用壽命，確保泵站運(yùn)行安全以及節(jié)省工程造價(jià)含有重大作用。取水口的設(shè)計(jì)作為泵站進(jìn)水的第一道關(guān)口，它的合理性直接關(guān)系到之后泵站設(shè)計(jì)的規(guī)定，為使泵站進(jìn)水口盡量滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，因此對(duì)取水口的尺寸，形狀的和理性都對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了新的規(guī)定。在這種新的狀況下，終究什么樣的取水口設(shè)計(jì)是最優(yōu)化的，這所產(chǎn)生一系列問題，就需要通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)來檢查論證設(shè)計(jì)的合理性。現(xiàn)在在河流泵站側(cè)向進(jìn)水設(shè)計(jì)中，進(jìn)水口可能存在下述問題：泵站進(jìn)水口是連接河流和進(jìn)水渠之間的重要位置，它的設(shè)計(jì)關(guān)系到進(jìn)水渠道的尺寸大水和進(jìn)水渠道內(nèi)部水流的特性。普通狀況下進(jìn)水口的方向是垂直于河道進(jìn)行布置，但這種布置與否合理，在實(shí)際工程中由于地形，占地等諸多方面的因素為了節(jié)省占地減少工程量等實(shí)際需要，進(jìn)水口需要多長(zhǎng)的才干達(dá)成水流平穩(wěn)的效果，因此在諸多工程中有關(guān)進(jìn)水口的施工沒有過到抱負(fù)的作用。

總而言之，進(jìn)水口布置方式與否合理，直接影響到水泵站的運(yùn)行，也是研究泵站運(yùn)行中非常重要的一部分。由于進(jìn)水口水流流態(tài)的復(fù)雜與多變性，上述問題的解決在現(xiàn)在還不能完全依靠理論計(jì)算或查取規(guī)范解決。以往都是通過水力模型實(shí)驗(yàn)研究來謀求合理、最優(yōu)的進(jìn)水口和流道的設(shè)計(jì)。本文研究采用數(shù)值模擬的辦法，對(duì)泵站進(jìn)水口布置的方式進(jìn)行三維數(shù)值模擬研究，特別針對(duì)不利條件下的流道入口布置方法，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供合理可行的參考根據(jù)研究泵站進(jìn)水口水體流動(dòng)和水力性能的辦法重要有理論分析、模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等辦法。模型實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)在重要的研究手段,但模型實(shí)驗(yàn)研究周期長(zhǎng)，成本高。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算流體力學(xué)理論的日益完善，水流內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬正逐步成為設(shè)計(jì)人員的工具，數(shù)值模擬的辦法可獲得流道內(nèi)部流場(chǎng)的具體信息，形象直觀,能進(jìn)一步進(jìn)一步研究流動(dòng)機(jī)理。本次研究是以大型計(jì)算流體力學(xué)軟件(Fluent)為平臺(tái)，運(yùn)用三維數(shù)值模擬技術(shù)，進(jìn)一步進(jìn)一步分析泵站進(jìn)水口的水力特性。國內(nèi)外有關(guān)該課題的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)隨著PIV，LDV，PDA等當(dāng)代測(cè)試技術(shù)的出現(xiàn)，運(yùn)用當(dāng)代測(cè)量手段實(shí)現(xiàn)進(jìn)水流場(chǎng)的可視化成為實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展的方向。隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展和數(shù)值計(jì)算辦法的不停改善，流場(chǎng)模擬開始應(yīng)用于研究水流流動(dòng)。趙毅山等應(yīng)用混合有限分析法與交錯(cuò)網(wǎng)格，模擬了污水泵站高位井的平面定常和非定常流場(chǎng)，數(shù)值模擬流態(tài)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合。高秋生率先在國內(nèi)采用三維κ～ε紊流模型對(duì)典型的正向擴(kuò)散泵站前池進(jìn)行了數(shù)值模擬，成功地解決了現(xiàn)有自由水面又有有壓水流的流動(dòng)計(jì)算問題，給出了前池完整的三維空間流場(chǎng)。成立采用三維紊流模型系統(tǒng)研究了側(cè)向進(jìn)水泵站前池內(nèi)的彎道水流運(yùn)動(dòng)，并提出一種新型組合底坎形式，通過數(shù)值模擬技術(shù)探討了底坎二維、三維整流機(jī)理。吉慶豐應(yīng)用水平方向上是正交貼體坐標(biāo)系、垂直方向上是笛卡爾坐標(biāo)系的混合數(shù)值網(wǎng)格系統(tǒng)和三維紊流數(shù)值模擬的辦法，模擬了泵站前池水流流態(tài)。Hwang等對(duì)一圓形進(jìn)水池進(jìn)行了流場(chǎng)并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較，獲得了特殊形式進(jìn)水池的流動(dòng)特性，Constantinescu和sotiropoulos提出的修正的雙方程κ～ε紊流模型成功地對(duì)進(jìn)水池進(jìn)行了模擬，預(yù)測(cè)了水面渦和附壁渦的位置和長(zhǎng)度，并對(duì)復(fù)雜渦的構(gòu)造進(jìn)行了進(jìn)一步分析。流場(chǎng)測(cè)試方面，Rajendran采用涉及兩個(gè)雙脈沖激光器、單CCD、圖象轉(zhuǎn)換器等的二維PIV對(duì)進(jìn)水池附近流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，拍攝區(qū)域70×70mm，獲得了不同位置瞬時(shí)和時(shí)均流速場(chǎng)和渦量場(chǎng)，對(duì)文獻(xiàn)的計(jì)算成果進(jìn)行了驗(yàn)證；張波濤應(yīng)用2D-PIV技術(shù)測(cè)量封閉式水泵吸水池內(nèi)部流場(chǎng)。采用數(shù)值模擬的辦法研究進(jìn)水流道內(nèi)部流動(dòng)狀況已成為趨勢(shì)。閻超應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)來研究泵站進(jìn)水流道，針對(duì)貫流泵站裝置特點(diǎn)將三維流道簡(jiǎn)化成二維軸對(duì)稱問題求解；陳紅勛對(duì)大型泵站進(jìn)水流道內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行分析，提出了勢(shì)流假定下的大型泵站進(jìn)水流道道內(nèi)部流動(dòng)的全二維直接邊界元的解析辦法，并針對(duì)某300斜軸泵站進(jìn)水流道設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了計(jì)算。陸林廣開展了進(jìn)水流道的三維紊流計(jì)算，對(duì)進(jìn)水流道和出水流道內(nèi)流態(tài)進(jìn)行了分類。成立將三維數(shù)值計(jì)算用于肘形進(jìn)水流道設(shè)計(jì)方案比選。劉超、成立和湯方平進(jìn)行水泵站前池三維流動(dòng)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，為消除水泵站前池的水流在擴(kuò)散過程中產(chǎn)生的回流、旋渦，提出了在前池中設(shè)立多組底坎的方法。對(duì)設(shè)立底坎前后的復(fù)雜流動(dòng)進(jìn)行三維紊流數(shù)值模擬計(jì)算，并通過水力模型實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。計(jì)算成果和實(shí)驗(yàn)成果十分吻合，有效地消除了回流和旋渦，流態(tài)明顯改善。研究目的、研究?jī)?nèi)容和擬解決的核心問題本課題以水流流態(tài)進(jìn)入泵站前達(dá)成平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)偏流及波動(dòng)為止。通過分析，擬定使進(jìn)水條件更加均衡狀況下的取水口角度與尺寸設(shè)計(jì)，使水流進(jìn)入泵站前滿足平順、穩(wěn)定的規(guī)定，以泵站進(jìn)水口來流順暢、進(jìn)入泵室水流均勻，運(yùn)行中不發(fā)生較大水位波動(dòng)等為目的，為類似泵站取水口工程設(shè)計(jì)提供根據(jù)。通過對(duì)河流取水渠道進(jìn)口流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，研究在不同取水口與河流主流線的角度的狀況下取水口的水力特性，同時(shí)分析不同水深、不同流量、流速條件下泵站進(jìn)水口的長(zhǎng)度和取水角度的關(guān)系，在變化進(jìn)水口布置形式的狀態(tài)下水流的特性。以流體力學(xué)的基本理論為根據(jù)，采用三維數(shù)值模型的辦法，對(duì)泵站側(cè)向進(jìn)水口水流特性進(jìn)行精細(xì)數(shù)值模擬，并進(jìn)一步分析泵站進(jìn)水口水力特性，在變化泵站取水口多個(gè)條件下的多個(gè)模擬成果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，綜合對(duì)比。在某些限制條件下取水口的設(shè)計(jì)怎么才干達(dá)成最優(yōu)化，使水流能平穩(wěn)的進(jìn)入水泵是本次研究的核心問題。擬采用的研究辦法、研究手段、技術(shù)路線、

實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析（1）資料收集與分析。首先收集該領(lǐng)域研究的重要研究成果，對(duì)前人和本課體現(xiàn)在的工作進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)。然后采用系統(tǒng)分析辦法，對(duì)泵站側(cè)向進(jìn)水口的型態(tài)、進(jìn)流狀況、進(jìn)水穩(wěn)定性等進(jìn)行綜合分析，通過進(jìn)水口曲線找出進(jìn)水口設(shè)計(jì)形式對(duì)整個(gè)進(jìn)水流態(tài)的不利影響。（2）建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)論文設(shè)計(jì)方案，建立側(cè)向進(jìn)水口的模型，對(duì)不同角度，不同進(jìn)水口布置運(yùn)用Fluent軟件，建立進(jìn)口水流場(chǎng)三維數(shù)學(xué)模型。以此獲得進(jìn)水口的水力特性為分析數(shù)值提供根據(jù)。。（3）進(jìn)行精細(xì)數(shù)值模擬，分析進(jìn)水口流場(chǎng)特性。結(jié)合流體力學(xué)的基本理論，對(duì)泵站側(cè)向進(jìn)水口在不同取水渠道與河流主流線的角度，不同水深、不同流量下進(jìn)行三維數(shù)值模擬計(jì)算，通過對(duì)計(jì)算成果的分析，研究取水口曲線設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)取水口水流流場(chǎng)的影響的流動(dòng)特性，提出優(yōu)化布置方案。本題目的創(chuàng)新之處和可預(yù)期的發(fā)明性成果本論文以FLUENT為計(jì)算平臺(tái)，通過不同取水渠道與河流主流線的角度，不同水深、不同流量條件下流道進(jìn)口和取水渠道水流運(yùn)動(dòng)特性的研究。在角度的選用上采用多角度對(duì)比的實(shí)驗(yàn)過程，找出最佳取水角度，并以此角度為根據(jù)，再進(jìn)行進(jìn)水口方式的設(shè)計(jì)，從而找出最合用的平穩(wěn)流線。通過模型的研究分析，和大量的實(shí)驗(yàn)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較抱負(fù)角度；2、在流量擬定的狀況下角度的大小與主流流速存在一定的關(guān)系；論文工作量、年度研究計(jì)劃

本論文計(jì)劃在一年時(shí)間內(nèi)完畢，期間的重要工作內(nèi)容與預(yù)期目的安排以下：（1）2012年3月～4月收集有關(guān)河流進(jìn)水口的資料、研究成果及前期物理模型實(shí)驗(yàn)成果；分析前期設(shè)計(jì)參數(shù)存在的問題。（2）2012年4月～2012年7月學(xué)習(xí)并掌握流體數(shù)值模擬計(jì)算的FLUENT軟件；（3）2012年7月～2013年1月用FLUENT軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，通過重復(fù)模擬,擬定流道進(jìn)口流場(chǎng)特性,完畢論文初稿;（4）2013年1月～3月完畢論文修改稿。將修改稿交給導(dǎo)師審查再進(jìn)行修改，在2013年4月～5月，實(shí)現(xiàn)論文的最后定稿。（5）2013年5月底，將論文打印、裝訂整潔，等待論文答辯?？赡芘龅降睦щy和問題及對(duì)應(yīng)的解決方法難點(diǎn)：進(jìn)水口精細(xì)模擬，邊界條件的解決；核心技術(shù)：建立泵站取水口三維水流模型；辦法：以數(shù)值模擬為基本手段，分析泵站取水口流場(chǎng)特性，提出改善流態(tài)的具體工程方法；方法：通過對(duì)進(jìn)水口流場(chǎng)精細(xì)數(shù)值模擬，進(jìn)一步進(jìn)一步研究取水口流動(dòng)機(jī)理、取水口設(shè)計(jì)形式。問題：對(duì)論文中所涉及到的核心技術(shù)還沒有完全掌握，且缺少豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。方法：通過文獻(xiàn)調(diào)查、網(wǎng)絡(luò)查詢、電子郵件、實(shí)地調(diào)研等多個(gè)形式完畢數(shù)據(jù)及知識(shí)積累。謀求專家、老師及同窗協(xié)助。與本題目有關(guān)的研究工作積累和已獲得的研究工作成績(jī)曹繼文等對(duì)明渠岸邊橫向直角取水口的水力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，通過三維超聲波流速儀(ADV)測(cè)得了取水口的流速數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)中針對(duì)不同的分流流速比，測(cè)取了主水槽的表底層分流寬度、進(jìn)水口門流速場(chǎng)以及紊動(dòng)能k和雷諾應(yīng)力的分布。實(shí)驗(yàn)成果顯示在取水口附近的水流構(gòu)造含有明顯的三維特性。取水口斷面的流速分布與正常的明渠流速分布不同，其斷面的最大流速經(jīng)常在底層。楊帆，陳惠泉，郭軍運(yùn)用單點(diǎn)三維流速測(cè)量?jī)x(ADV)對(duì)順直明渠岸邊側(cè)向45取水口的近區(qū)水域進(jìn)行了三維流速測(cè)量。將實(shí)驗(yàn)成果與90取水口的成果進(jìn)行了對(duì)比，成果表明45取水口附近的水流更加平順，口門斷面處的流速分布更加均勻，分槽內(nèi)凈進(jìn)流寬度更大。高學(xué)平等對(duì)仙式進(jìn)水/出水口進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，研究側(cè)式進(jìn)/出水口水力特性分析其流場(chǎng)特點(diǎn)，探討了不同體型對(duì)進(jìn)/出口流態(tài)和水頭損失的影響。已含有的研究條件，尚缺少的研究條件和擬解決的途徑我校老師含有對(duì)水力學(xué)與流動(dòng)力學(xué)深厚的知識(shí)積累，在水流三維數(shù)值模型研究方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和辦法，對(duì)泵站進(jìn)水口與出水口的研究發(fā)表過在量的論文，有著大量的參考資料，并且也可從老師那里得到