第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 低扬程泵站常用的结构形式与工况调节方案 2
1.2.1 泵装置结构形式 2
1.2.2 泵站工况调节 6
1.3 低扬程泵站研究现状 7
1.3.1 泵装置前导叶体的研究 7
1.3.2 泵装置后导叶体的研究 9
1.3.3 有压箱涵式进水流道的研究 10
1.3.4 泵站反向发电的研究 10
1.3.5 低扬程泵站过渡过程的研究 12
1.3.6 低扬程泵站主水泵选型研究 13
1.3.7 水泵叶轮的振动特性研究 14
1.4 研究内容 14
第2章 低扬程泵装置三维数值计算 17
2.1 控制方程 17
2.2 网格划分 18
2.2.1 ICEM-CFD 19
2.2.2 TurboGrid 21
2.2.3 Mesh 23
2.3 水力性能参数计算 27
2.3.1 泵工况水力性能 27
2.3.2 水轮机工况水力性能 28
2.3.3 进水流道水力性能 28
2.3.4 出水流道水力性能 29
2.3.5 基于CFX Expression Language（CEL）语言的泵装置水力性能参数计算 29
2.3.6 基于Visual Basic 6.0的泵装置水力性能参数计算程序设计 31
2.4 试验台简介 31
2.5 不同湍流模型对具有反向发电功能泵装置水力性能的影响 33
2.5.1 湍流模型对装置水轮机工况水力性能的影响 34
2.5.2 湍流模型对装置泵工况水力性能的影响 37
2.6 叶顶间隙对装置水力性能的影响 40
2.6.1 叶顶间隙对水泵工况与水轮机工况外特性的影响 42
2.6.2 叶顶间隙对水泵工况与水轮机工况叶轮叶片表面载荷分布的影响 44
2.7 本章小结 47
第3章 具有反向发电功能泵站过渡过程三维数值计算 49
3.1 动网格与三维过渡过程的数值计算方法 49
3.1.1 研究意义 49
3.1.2 过渡过程的研究方法 50
3.2 动网格方法的应用 51
3.2.1 滑移网格 51
3.2.2 CFX动网格 52
3.2.3 Fluent动网格 52
3.2.4 叶轮转速的变化规律 53
3.2.5 快速门开启数值模拟 54
3.3 启动过渡过程 54
3.3.1 启动过渡过程数值计算方法 56
3.3.2 快速门启动过渡过程 57
3.3.3 快速门与小拍门相结合启动过渡过程 61
3.4 断电过渡过程 66
3.4.1 轴流泵站断电过渡过程边界条件 66
3.4.2 水泵→水轮机过渡过程数值计算方法 67
3.4.3 事故停机（快速门拒动）过渡过程 73
3.4.4 正常停泵过渡过程 76
3.5 本章小结 78
第4章 双向立式轴流泵装置水动力特性分析 80
4.1 概述 80
4.1.1 不同形式的双向泵站在工程中的应用 80
4.1.2 水力模型的应用 81
4.2 有压箱涵式进水流道的水力设计 81
4.2.1 有压箱涵式进水流道控制参数与型线方程 82
4.2.2 参数化程序设计 86
4.2.3 几何参数对有压箱涵式进水流道水力性能的影响 87
4.3 双向立式轴流泵装置水动力特性数值计算 91
4.3.1 研究对象特征参数 91
4.3.2 数值模拟结果与试验值对比 92
4.3.3 定常计算结果分析 92
4.4 双向立式轴流泵站飞逸过渡过程水动力特性数值计算 99
4.4.1 转速控制方程 99
4.4.2 边界条件与前处理设置 100
4.4.3 数值计算结果与分析 100
4.5 本章小结 108
第5章 前置竖井贯流泵装置水动力特性分析 110
5.1 平直管出水流道参数化水力设计 112
5.1.1 平直管出水流道的数学模型 113
5.1.2 平直管出水流道参数化水力设计程序 114
5.2 竖井贯流式进水流道参数化水力设计 115
5.3 泵站概况 116
5.4 三维建模与网格划分 117
5.5 数值模拟结果与试验值对比 118
5.6 定常计算结果与分析 118
5.6.1 进水流道水力性能 118
5.6.2 竖井贯流泵装置叶轮与导叶内部流动特性 120
5.6.3 泵装置内流场 122
5.7 前置竖井贯流泵装置非定常数值计算 122
5.7.1 叶轮进口监测点的水压脉动 123
5.7.2 导叶体出口监测点的水压脉动 125
5.8 后导叶叶片对竖井贯流泵装置水力性能的影响 127
5.8.1 不同的导叶体改型方案 128
5.8.2 非定常数值计算方法 129
5.8.3 数值计算结果分析 129
5.9 本章小结 142
第6章 轴流泵叶轮与导叶的匹配性研究 143
6.1 不同导叶对轴流泵性能的影响 144
6.1.1 TJ04-ZL-06方案数值模拟结果与试验值对比 146
6.1.2 不同导叶方案泵段能量特性对比 147
6.2 不同叶轮对轴流泵性能的影响 147
6.2.1 不同叶轮方案泵段能量特性对比 149
6.3 轴流泵叶轮与导叶之间相互匹配性研究 150
6.3.1 TJ04-ZL-07水力模型数值模拟结果与试验值对比 151
6.3.2 数值模拟结果分析 152
6.4 本章小结 152
第7章 基于ANSYS ACT轴流泵叶轮的模态分析 154
7.1 APDL命令流 154
7.2 ANSYS ACT简介 155
7.3 数值计算模型 156
7.3.1 动力学分析基本方程 156
7.3.2 网格划分 156
7.4 数值计算结果与分析 157
7.4.1 APDL命令流与ACT插件两种数值计算方法结果对比 157
7.4.2 不同水体形状 160
7.4.3 预应力的影响 162
7.4.4 叶频与叶轮固有频率对比 168
7.5 本章小结 169
第8章 低扬程泵站主水泵选型研究 170
8.1 主水泵选型程序的开发 171
8.1.1 AutoCAD 2008二次开发 172
8.1.2 特性曲线换算依据 172
8.1.3 自动推荐 173
8.1.4 技术路线与算法思想 174
8.1.5 程序设计 175
8.2 江水北调工程淮安一站泵装置选型研究 177
8.2.1 工程概况 177
8.2.2 水力模型的选择 179
8.2.3 三维建模与网格划分 180
8.2.4 边界条件 182
8.2.5 数值模拟计算结果分析 182
8.2.6 结论 185
8.3 泗阳二站泵装置选型研究与反向发电可行性分析 186
8.3.1 工程概况 186
8.3.2 水力模型的初选 186
8.3.3 三维建模与网格划分 188
8.3.4 泵装置外特性对比分析 189
8.3.5 反向全速发电可行性分析 191
8.3.6 飞逸 193
8.3.7 结论 194
8.4 刘老涧一站具有发电功能泵装置选型研究 194
8.4.1 工程概况 194
8.4.2 水力模型的选择 195
8.4.3 计算模型与边界条件 198
8.4.4 泵工况数值模拟结果分析 199
8.4.5 水轮机工况数值模拟结果分析 201
8.4.6 结论 203
8.5 南水北调东线洪泽站反向发电可行性分析 204
8.5.1 工程概况 204
8.5.2 三维建模与网格划分 205
8.5.3 数值计算结果与分析 205
8.5.4 结论 211
8.6 本章小结 211
第9章 研究总结与展望 213
9.1 研究总结 213
9.2 研究展望 215
参考文献 216