泵站出水流道基本流态分析(1)程力学毕业论文(2)

　　2.因变量为速度矢量时的系数计算 与速度矢量有关的系数计算，三个方向类似，这里仅列出与速度u有关的系数的计算式，与速度v、w有关的系数计算可依此类推。

这时，上标“u”表示由速度u引起的对流扩散作用，脚标中字母的意义见图4.

　　1)控制体表面对流强度的计算

　　2)控制体表面扩散率的计算

式中，|e(ee)|则表示网格表面e至表面ee的距离，|we|则表示网格表面w至表面e的距离。

2 虹吸式出水流道的基本流态及分析

　　虹吸式出水流道在水泵机组停机时采用破坏真空的办法断流，操作简便可靠，能及时切断水流，机组倒转历时很短；此外，虹吸式流道还便于穿越堤防且不影响其安全。只是受驼峰顶部最大真空度的限制，一般适用于出口水位变化不大的场合。我国60年代初建造的第一座大型泵站(江都一站)即采用了虹吸式出水流道。在以后建造的一百多座大型低扬程泵站中，大多采用了这种形式的出水流道。

　　虹吸式出水流道断面形状变化比较复杂，上升段的断面形状由圆变方，在平面上逐渐扩大、在立面方向上则略微收缩，过流面积逐渐加大；驼峰段一般为扁平状的矩形，以尽可以降低峰顶的最大真空度，峰顶断面面积则按满足形成虹吸所需的最小流速确定；下降段在立方方向上逐渐扩散，在平面方向上或为等宽、或呈扩散型，断面形状由驼峰处的扁平矩形逐渐扩散为窄而高的矩形。

　　水泵设计工况下虹吸式流道内的流态如图6所示。由流场图可以看到，在流道上升段，水流的流动比较平顺，随着流道断面的逐渐扩大，水流速度逐步减小；在驼峰段，水流急剧地转向，在越过峰顶进入下降段以后，强烈的惯性作用迫使水流偏向流道外侧，而在流道内侧则形成了较大范围的脱流，无疑，下降段的角度愈陡，流道内侧的脱流现象将愈加严重；这种脱流现象最终导致在流道的出口段形成一个体积较大的旋涡。这个立面方向上的旋涡，在垂直于纸面方向上的分布规律是：靠近流道边壁处较弱、靠近流道中心出较强。在流道平面方向上，没有发生脱流或大尺度的旋涡。

图6 虹吸式出水流道纵向断面内的流态

　　在设计流量的基础上，将计算流量增加或减少20%，发现流量愈大，立面方向的旋涡强度愈大、旋涡影响区域愈大，但流道内的基本流动形态并未发生实质性变化。

3 直管式出水流道的基本流态及分析

　　直管式出水流道常采用拍门或液压控制的快速闸门这两种断流方式，在我国各种类型的泵站中也得到了较为广泛的应用，如江苏省皂河泵站、临洪东站，安徽省驷马山泵站，湖北省凡口泵站，等等。与虹吸式出水流道相比，直管式出水流道由于具有形状简单、施工方便、土建投资省及启动扬程低、运行稳定等特出的优点。

图8 直管式出水流道纵向断面内的流态

　　与虹吸式流道类似，将计算流量在设计流量的基础上增加或减少20%，流道内的基本流动形态基本不变。

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