^。+0.2+(0.73~0.77)00 = 35.37-27.13+0.2+0.75 X 3.15 = 10.803m，出水流道上升段倾角α = 40°，出水流道下降段倾 角β = 35°，出水流道驼峰断面高度H2 = 0.75D〇 = 2.363m，出水流道平面扩散角γ =13° ;绘 制所述大流量栗站虹吸式出水流道单线图，如图8a、图8b所示；
[0082] 7.对第6步确定的虹吸式出水流道段2三维流场进行数值仿真，根据结果计算得到 的流道水头损失为0.278m;满足高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面的设计要求。
【主权项】
1. 高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计方法，其特征是， (1) 应用计算流体动力学商用软件对大流量栗站出水流道进行三维流场数值仿真，为 掌控出水流道三维形体过流面的流态及水力性能提供必要条件； (2) 根据第（1)步三维流场数值仿真的结果，计算所述出水流道三维形体过流面设计工 况的水头损失： Δ h = Ei^MoianiM- Ε?^ΜοΜ?Π?Μ 式中：Ah为出水流道水头损失，m; 为出水流道进口断面的能量水头，m; 为出水流道出口断面的能量水头，m; 出水流道三维形体过流面设计工况水头损失的指标通过系统的数值计算和模型试验 研究得到； (3) 在研究出水流道三维形体的主要几何尺寸影响其过流面水力性能基本规律的基础 上，将影响出水流道三维形体过流面的流态及其水力性能的主要几何尺寸分为I级尺寸和 II级尺寸;较宽松的Ι、Π级尺寸有利于所述过流面获得较好的水力性能，但同时又会增加 栗站的土建投资，故需要兼顾提高出水流道水力性能和控制栗站土建投资两方面的要求合 理取值;I级尺寸对栗站土建工程量和出水流道水力性能影响都很大，各种型式出水流道的 I级尺寸均为出水流道进口断面中心点至出口断面的水平距离（简称出水流道长度）、出水 流道出口断面宽度(简称出水流道宽度)和水栗叶轮中心线至出水流道最高点的垂直距离 (简称出水流道高度）；II级尺寸对栗站土建工程量影响较小、对出水流道水力性能影响较 大，II级尺寸与流道型式有关，不同型式的出水流道具有不同的II级尺寸，差别很大；以I级 尺寸和II级尺寸为几何变量，构建出水流道三维形体过流面； (4) 对每种型式出水流道进行三维流场数值仿真和优化计算，内容包括:①对I级尺寸 逐一采用单因素分步优化的方法进行流场数值仿真和优化计算;②在第①步骤完成后，对 II级尺寸逐一采用单因素分步优化的方法进行流场数值仿真和优化计算;对各种型式出水 流道分别进行三维流场数值仿真和所述几何变量优化计算，以了解和掌握流道各I级尺寸、 II级尺寸影响出水流道三维形体过流面水力性能的变化趋势和基本规律;根据对各种型式 出水流道优化计算的结果并兼顾控制栗站土建尺寸的要求，得到以水栗叶轮直径Do表示的 I级尺寸和II级尺寸(单位为m)的最优取值范围； (5) 根据得到的I级尺寸和II级尺寸的最优取值绘制出水流道单线图。2. 根据权利要求1所述的高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计方法，其特 征是，大流量栗站出水流道进行三维流场数值仿真的具体要求如下： (1) 三维流场仿真的区域包括直管段、出水流道段和出水池段，出水池段的长度和底坡 取自所述大流量栗站设计值，直管段的直径与出水流道进口断面的直径相等，直管段的长 度为直管段直径的两倍;直管段的出口断面与出水流道段的进口断面连接，出水流道段的 出口断面与出水池段的进口断面衔接;应用三维造型软件对所述三维流场的仿真区域建 模； (2) 直管段采用⑶0PER混合网格，出水流道段采用T-GRID网格，出水池段采用COOPER混 合网格;所述仿真区域的网格数不少于4.0X10 5; (3) 流场仿真的边界条件：出水流道流场计算的进口边界设置在直管段进口断面，采用 速度进口边界条件，其进口平均法向流速为 V = ^K m/s) tD 式中:Q为栗站单栗设计流量，m3/s; D为出水流道进口断面直径，m; 考虑到水栗导叶体出口水流具有一定的环量，根据模型试验研究的结果，在直管段的 进口断面设置适量的水流旋转角速度； 出水流道流场计算的出口边界设置在出水池段出口断面，采用自由出流边界条件；出 水流道段边壁、出水池段底壁和直管段边壁采用固壁边界条件，固壁边界的粗糙度为 0.001m;出水池段两侧面为无相对运动的水体，采用粗糙度为零的边界条件；出水池段表面 采用对称边界条件。3. 根据权利要求1所述的高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计方法，其特 征是，所述设计方法适用于多种型式的出水流道，特别适用于高性能大流量栗站的低驼峰 式出水流道、虹吸式出水流道、斜式出水流道和前置竖井式出水流道三维形体过流面的设 计。4. 根据权利要求3所述的高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计方法，其特 征是，高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计工况水头损失指标列于表1; 主1 古,卜小白匕士、、志县石士卜山，卜、、志：;皆一她抵乂士 4vf、、志丄-Γ、/口 々I +Ξ 土士匕士二〇5. 根据权利要求3所述的高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计方法，其特 征是，所述低驼峰式出水流道主要几何变量的最优取值范围 1级尺寸：出水流道长度乂1^=(6.0~8.0)0〇，出水流道宽度此=(2.35~2.45)0()，出水流 道高度 Hw=(2.5 ~2.7)D0; II级尺寸：出水流道驼峰断面高度H2=(l.l~1.2)D〇,出水流道下降段倾角β=(14~ 19)°，出水流道平面扩散角γ =(11~15)°。6. 根据权利要求3所述的高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计方法，其特 征是，所述虹吸式出水流道主要几何变量的最优取值范围 I级尺寸：出水流道长度XL= (6.5~7.5)D〇,出水流道宽度Bc= (2.4~2.5)D〇,出水流道 高度咖=^_\-^〇+0.2+(0.73~0.77)0()，式中，^_\为出水池最高水位，^()为水栗叶轮中 心高程，单位为m; II级尺寸：出水流道上升段倾角α = (35~45)°，出水流道下降段倾角β= (30~40)°，出 水流道驼峰断面高度Η2 = (0.73~0.77)D〇,出水流道平面扩散角γ =(11~15)°。7. 根据权利要求3所述的高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计方法，其特 征是，所述斜式出水流道主要几何变量的最优取值范围 1级尺寸：出水流道长度乂1^=(6.0~8.0)0〇，出水流道宽度此=(2.35~2.45)0()，出水流 道高度Hw = Vmin-Vo-O . 5，式中，Vmin为出水池最低水位，▽〇为水栗叶轮中心高程，单位为 m； II级尺寸:栗轴倾角α = (15~30)°，出水流道下边线倾角Φ =(0~10)°，出水流道转向 段水平长度Xz = (2.2~2.6)D〇，出水流道平面扩散角γ = (11~15)°。8.根据权利要求3所述的高性能大流量栗站出水流道三维形体过流面设计方法，其特 征是，所述前置竖井式出水流道主要几何变量的最优取值范围 I级尺寸：出水流道长度XL = (5.5~6.5)D〇,出水流道宽度Bc = (2.5~2.6)D〇,出水流道 高度Hw=Vmin-V()-0.5,式中，Vmin为出水池最低水位，▽0为水栗叶轮中心高程，单位为m; II级尺寸：出水流道下边线倾角Φ = (0~1〇)°，出水流道平面扩散角γ = (11~15)°。
【专利摘要】本发明公开了大流量泵站出水流道三维形体过流面的设计方法，属于水利工程泵站技术领域。其特征是：对大流量泵站出水流道进行三维流场数值仿真，为掌控出水流道三维形体过流面的流态及水力性能提供必要条件；采用以出水流道三维形体过流面水力性能指标达到最优为要求的设计方法；将影响出水流道三维形体过流面的流态及其水力性能指标的主要几何尺寸分为I级尺寸和II级尺寸，并以I级尺寸和II级尺寸为几何变量，构建出水流道三维形体过流面；根据对各种型式出水流道优化计算的结果并兼顾控制泵站土建尺寸的要求，得到I级尺寸和II级尺寸的最优取值范围。应用本发明设计的出水流道具有水流转向有序、扩散均匀、流道水头损失小等优点。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105608287
【申请号】CN201610018693
【发明人】陆林广, 陆伟刚, 徐磊, 练远洋, 施克鑫, 洪飞
【申请人】扬州大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月12日