本項目依托南水北調(diào)東線工程臺兒莊泵站，以低揚(yáng)程立式軸流泵站直管式出水流道為研究對象，提出以三維流動理論為基礎(chǔ)的優(yōu)化水力設(shè)計方法，設(shè)計適合低揚(yáng)程立式泵站特點(diǎn)、水力性能優(yōu)異的直管式出水流道型線，實(shí)現(xiàn)流道型線的最優(yōu)化，以達(dá)到提高水泵裝置性能、降低泵站能耗的目的。具體研究內(nèi)容包括：

（1）采用PHOENICS計算軟件，以CAD軟件為平臺，編程解決直管式出水流道三維實(shí)體模型的問題，實(shí)現(xiàn)直管式出水流道三維紊流流動的數(shù)值模擬；

（2）在盡可能短的流道內(nèi)，最大限度地回收水流動能，建立出水流道優(yōu)化水力計算的目標(biāo)函數(shù)；

（3）以流道動能回收系數(shù)為目標(biāo)函數(shù)、以流道內(nèi)的流速分布狀況為依據(jù)，調(diào)整流道型線，逐一優(yōu)化流道各幾何參數(shù)，以消除流道內(nèi)的不良流態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)流道的最優(yōu)設(shè)計；

（4）按照優(yōu)化結(jié)果，設(shè)計透明的流道模型試驗裝置并進(jìn)行試驗，觀察流道內(nèi)的流態(tài)、測試流道的水力損失，以檢驗和比較不同型線直管式出水流道優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果；

（5）根據(jù)流道優(yōu)化計算結(jié)果和流道模型試驗研究成果，進(jìn)行水泵模型裝置試驗，最終檢驗水泵裝置的水力性能。

成果的先進(jìn)性：

建立了泵站出水流道三維優(yōu)化水力設(shè)計方法，較好地解決了出水流道中普遍存在的漩渦及脫流問題，為類似泵站出水流道的設(shè)計提供技術(shù)支撐；設(shè)計出水流道水力性能專用模型試驗裝置，進(jìn)行出水流道的流態(tài)觀察和流道水力損失的準(zhǔn)確測量，解決了優(yōu)化水力設(shè)計成果的試驗驗證問題；在出水流道試驗裝置中，首次采用旋度計可以定量計入水泵導(dǎo)葉出口環(huán)量，為分析、研究泵站出水水流特性提供了重要的理論依據(jù)。研究成果填補(bǔ)了大型低揚(yáng)程立式軸流泵站直管式出水流道優(yōu)化設(shè)計的空白。