泵站出水流道基本流态分析(1)程力学毕业论文(3)

4 斜式出水流道的基本流态及分析

　　斜式出水流道与斜式轴伸泵装置配套使用。按水泵轴线与水平线的夹角一般分为45°、30°和15°三种型式，以适应不同的水泵装置扬程。从80年代后期起，斜式轴伸泵装置开始在我国低扬程泵站中得到了开发应用。1986年，上海水泵厂从日本荏原公司引进45°斜式轴伸泵装置全套技术，为内蒙古自治区红圪卜泵站制造了6台直径为2.5m的斜式轴流泵，该站已于1991年投入运行。我国自行研制开发的斜式轴伸泵装置已成功地运用于湖南省铁山嘴排涝站(15°)、浙江省盐官泵站(15°)和江苏省新夏港泵站(30°).此外，计划建造的上海太浦河泵站也采用斜式轴伸泵装置方案。斜式出水流道的特点是转弯角度较小、水流平顺，因而特别适用于低扬程大型泵站。

　　斜式出水流道与水泵导叶出口直接相接，流道形态与直管式出水流道有相似，断面形状也是由圆变方，在平面方向和立面方向均逐渐扩大。由于篇幅有限，本文仅给出了15°斜式流道设计流量时纵向平面内的流态(图10).由流场图可以看到，斜式出水流道内的流态也比较平顺，出水池内的流动状态与直管式出水流道的情况相近，由于水流进入出水池以后的突然扩散，在出水池底部有一个立面方向的旋涡。对于三种角度的斜式出水流道，旋涡在不同程度上延伸到流道内部，从而影响到流道出口附近的流态。图11为15°斜式流道出口断面的等流速线图，由图可见，斜式流道的出口产生了负流速。在流道高度方向上的流速分布也很不均匀，其不均匀的程度则介于虹吸式出水流道与直管式出水流道之间。在流道平面方向上，同样也没有发现脱流现象或大尺度旋涡。

图10 15°斜式出水流道纵向断面内的流态

　　1、采用数值模拟的方法可以较为方便地揭示泵站出水流道内的流动形态，这将有助于改进泵站出水流道的水力设计方法；

　　2、泵站出水流道出口断面附近均存在立面方向的旋涡，此旋涡对出口断面的流速分布有明显影响，其中，以虹吸式流道所受影响最大，斜式流道次之，直管式流道最小；

　　3、三种形式的出水流道在平面方向上均未发现脱流和大尺度旋涡，扩散情况较好；

　　4、立面方向的旋涡挤占了出水流道出口断面的有效面积，在流量一定的情况下，实际的平均流速比计算值大很多，为了减小出水损失，应在流道设计时最大限度地利用流道宽度方向的扩散，以免出口断面的有效面积过多地被旋涡挤占；

　　5、对有关泵站出水流道的水力学问题尚需作进一步深入的研究，例如，如何有效地消除或抑制出水流道内立面方向的旋涡，等等。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家标准。泵站设计规范[s](gb/t50265-97).北京：中国计划出版社，1997.

[2] ruprech a, chihab w and ginter f. experimental and numerical analysis of the three-demensional flow in elbow draft tubes[c]。in:proceedings of xvii iahr symposium. beijing:international reasearch center on hydraulic machinery,1994.83～94.

[3] 马铁犹。计算流体动力学[m]。北京：北京航空学院出版社，1986.

[4] 刘清朝，陈椿庭。水跃紊流特性的数值研究[j]。水利学报，1993(1)：1～9.

[5] launder b e，spalding d b. mathematical models of turbulence[m]。 london:academic press,1972.

[6] 汤方平，等。轴流泵站进出水流道水力损失的试验研究[j]。排灌机械。1995(3)：13～14.

[7] blom p. tubulent free-surface flow over a sill.ph.d.thesis[d]。delft university of tecnology, 1993.

[8] rodi w. turbulence models and their application in hydraulics. experimental and mathematical fluid dynamics［m］。delft:iahr section on fundamentals of division ⅱ,1980.

[9] hossain m s. mathematical modelling of turbulent buoyancy flows.ph.d.thesis[d]。university of karlsruhe,1980.

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