基于最小能耗率原理的泵站引河彎道流動計算與優(yōu)化.pdf

1、泵站工程在防洪、灌溉、排澇和調(diào)水等方面都起到了至關(guān)重要的作用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。引河前池作為泵站的重要組成部分，合理的水力設(shè)計可以保證水流平順穩(wěn)定，為水泵運(yùn)行創(chuàng)造良好的進(jìn)水條件，對改善水泵裝置的能量性能和汽蝕性能都有很大影響。
　　 本文基于最小能耗率原理，將最小能耗率作為目標(biāo)函數(shù)，首先以河道底寬、斷面平均水深、邊坡系數(shù)作為設(shè)計變量，以邊界條件和水流特性為約束建立數(shù)學(xué)模型，通過遺傳算法一次優(yōu)化三個設(shè)計變量，其次給定

2、其中一個變量優(yōu)化其它兩個變量分別求得優(yōu)化斷面參數(shù)。通過兩者的對比驗證了一次優(yōu)化斷面參數(shù)的正確性。
　　 CFD(Computational Fluid Dynamics)技術(shù)，即計算流體力學(xué)技術(shù)，隨著計算機(jī)性能的提高和數(shù)值計算方法的改進(jìn)，CFD技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。作為目前功能最全面，適用性最廣的CFD軟件之一的Fluent軟件在水利工程中的應(yīng)用正逐步展開。為了進(jìn)一步分析采用優(yōu)化斷面后引河彎道、前池的流態(tài)、流場情況，本文以FLU

3、ENT軟件為平臺采用N-S方程和RNGκ-ε紊流模型，選擇相應(yīng)優(yōu)化斷面通過FLUENT前處理器GAMBIT建立引河彎道、前池、進(jìn)水流道和出水管的三維實體造型，并在網(wǎng)格剖分過程中采取局部加密技術(shù)來提高網(wǎng)格質(zhì)量。然后給定邊界條件，運(yùn)用SIMPLE算法對其進(jìn)行三維水流流動數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果表明，基于最小能耗率原理設(shè)計的引河彎道斷面參數(shù)較為合理。同時根據(jù)前池流線圖、流道進(jìn)口斷面的流速分布、均勻度等，發(fā)現(xiàn)能耗率與斷面流速分布并沒有確定的關(guān)系。