謝陸林M110801學(xué)位論文開(kāi)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(zhuān)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(kāi)題報(bào)告重要內(nèi)容:論文選題的理由或意義國(guó)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(wèn)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(wèn)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(guó)成立以來(lái)，我國(guó)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(lái)由于國(guó)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(guó)是一種干旱缺水的國(guó)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(guó)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(wèn)題我國(guó)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(jiàn)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(guò)程中，前人已做了大量的研究實(shí)驗(yàn)性工作，但總體來(lái)說(shuō)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)題，就需要通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢查論證設(shè)計(jì)的合理性?，F(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(wèn)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(méi)有過(guò)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(wèn)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(guò)水力模型實(shí)驗(yàn)研究來(lái)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(lái)，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(guó)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(kāi)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(guó)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(wèn)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(guò)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(lái)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(chēng)問(wèn)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(kāi)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(lèi)。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(guò)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(guò)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(wèn)題本課題以水流流態(tài)進(jìn)入泵站前達(dá)成平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)偏流及波動(dòng)為止。通過(guò)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(lái)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(lèi)似泵站取水口工程設(shè)計(jì)提供根據(jù)。通過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)題：對(duì)論文中所涉及到的核心技術(shù)還沒(méi)有完全掌握，且缺少豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。方法：通過(guò)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(zhuān)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(guò)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(mén)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(mén)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(guò)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