大型低扬程立式轴流泵站直管式出水流道优化设计及模型试验研究

本项目依托南水北调东线工程台儿庄泵站，以低扬程立式轴流泵站直管式出水流道为研究对象，提出以三维流动理论为基础的优化水力设计方法，设计适合低扬程立式泵站特点、水力性能优异的直管式出水流道型线，实现流道型线的最优化，以达到提高水泵装置性能、降低泵站能耗的目的。具体研究内容包括：

（1）采用PHOENICS计算软件，以CAD软件为平台，编程解决直管式出水流道三维实体模型的问题，实现直管式出水流道三维紊流流动的数值模拟；

（2）在尽可能短的流道内，最大限度地回收水流动能，建立出水流道优化水力计算的目标函数；

（3）以流道动能回收系数为目标函数、以流道内的流速分布状况为依据，调整流道型线，逐一优化流道各几何参数，以消除流道内的不良流态，最终实现流道的最优设计；

（4）按照优化结果，设计透明的流道模型试验装置并进行试验，观察流道内的流态、测试流道的水力损失，以检验和比较不同型线直管式出水流道优化设计的结果；

（5）根据流道优化计算结果和流道模型试验研究成果，进行水泵模型装置试验，最终检验水泵装置的水力性能。

成果的先进性：

建立了泵站出水流道三维优化水力设计方法，较好地解决了出水流道中普遍存在的漩涡及脱流问题，为类似泵站出水流道的设计提供技术支撑；设计出水流道水力性能专用模型试验装置，进行出水流道的流态观察和流道水力损失的准确测量，解决了优化水力设计成果的试验验证问题；在出水流道试验装置中，首次采用旋度计可以定量计入水泵导叶出口环量，为分析、研究泵站出水水流特性提供了重要的理论依据。研究成果填补了大型低扬程立式轴流泵站直管式出水流道优化设计的空白。