大型立式泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的双向进水流道，应用紊流模型对流道内部流态及水泵进口处的流动进行三维数值计算，计算结果与试验流态、实测数据一致。数值模拟结果揭示了双向进水流道内流动规律，双向进水流道内易产生死水区、旋涡和水下涡带，必须采取适当的消、防涡措施保证水泵正常运行。     

闸站结合泵站前池导流墩整流模拟

为改善某非对称式闸站结合部隔墩附近前池水流流态,采用CFX软件进行数值模拟,主要研究在隔墩处加设圆弧形导流墩的整流措施下的水流流动规律,进而选出圆弧形导流墩头部在不同半径下的最优整流方案。研究结果表明:无整流措施时,靠近隔墩的前池内有大尺度的回流区,水流斜向偏流进入进水流道,在隔墩附近形成明显的漩涡,严重影响1号与2号进水流道的进水流态。分别采取6种导流墩整流措施对前池流态进行调整,与原方案相比,设置第2种方案下的圆弧形导流墩,1号进水流道进口断面上的轴向速度分布均匀度提高了3.63%,断面速度加权平均角度达到84.37°,提高了5.66°,得出了当导流墩头部圆弧段水平投影长度与隔墩半径R相等时,导流墩圆弧半径取(1.0~1.2)R时整流效果最理想。研究成果可为改善闸站结合式泵站隔墩附近前池流态提供一定参考。     

竖井式贯流泵装置进出水流道优化CFD

竖井式贯流泵装置流道顺直、水力损失小,并具有投资较少、结构较简单、安装维护方便等许多优点。为掌握竖井式贯流泵装置的水力特性,以便于对选择泵型和进、出水流道结构形式提供初步依据,结合盐城西闸站竖井式贯流泵进、出水流道优化,采用三维湍流数值计算的方法,分别对出水流道型线,进水流道高度、宽度及型线等多参数进行了优化,提出了综合考虑土建投资和水力性能的进、出流道设计方案。研究结果表明:进水流道竖井内外型线显著影响进水流态;改变进水流道的宽度和高度,提高了叶轮进口的流速均匀度和改善了入泵条件;减小出水流道宽度和取消原设计方案中的平直段管,改善了渐变扩散段的流态和压力分布。结果可为竖井式进、出水流道的水力设计、流道尺寸的合理确定提供理论依据。相关成果已在工程实施,取得了较好效果。     

感潮河段闸站合建枢纽泵站前池整流措施研究

基于N-S方程和标准 k-ε模型,对上海青草沙水库上游取水泵闸工程泵站前池水流流动特性进行了数值模拟研究,针对闸站合建枢纽的泵站进水特点,提出了增设底坎加导流墩、延长导流墙等改善前池流态的工程措施,有效地改善了前池的水流流态,提高了水泵的进流条件,并通过物理模型试验对计算结果进行了验证。研究成果可为同类泵站的前池水力优化设计提供依据。     

城市取水泵站进水池进水流态的改善

在介绍城市取水泵站进水建筑物布置特点的基础上,结合上海市长江引水三期工程取水泵站水力模型试验,针对单台泵运行和多台泵组合运行等多种运行条件,对进水池表面流态和典型过流断面流速分布进行了量测;并据此分析了进水池产生主流居中,底坎附近和底坎前区域产生回流区,进水流道前产生由池壁流向中间机组的斜向流,以及在边机组进水流道进口处产生间歇性漩涡等不良流态的原因。提出了取消底坎,在进水池扩散段设置八字形导流墩和边机组进水流道前设置消涡板等改善不良进水流态的措施。试验结果表明:改善措施可以有效地改善进水池进水流态,提高水泵运行工作效率。     

大扩散角泵站前池楔形导流墩整流研究

泵站前池扩散角过大易产生不良流态,影响进水池内的水流流态,进而恶化水泵进水条件,降低水泵运行效率,严重时甚至危及泵站安全运行.以某55°大扩散角正向前池为研究对象,采用数值模拟和模型试验相结合的研究方法,通过在前池内设置楔形导流墩以整治流态.研究结果表明:将楔形导流墩设置在前池进口处可以更好地起到分流作用,合理设置组合...     

双向流道泵装置内三维流动数值模拟

为了防止和消除双向流道泵装置进水流道内的漩涡和涡带,确保水泵机组的安全运行,在双向进水流道底部泵进口下方加设曲线导流墩.通过CFD软件对设导流墩的双向流道泵装置内部流动进行数值模拟,获得泵装置内部的三维流动速度场,并预测了泵装置的性能.结合模型泵装置试验的内外特性,着重研究了双向进水流道的出口流速分布及其对泵装置性能的影响.计算结果表明加设导流墩的双向进水流道出口断面流速分布较为均匀,流速均匀度达到93％,满足水泵运行的需要;装置性能良好,最优工况点的装置效率为68.89％.模型试验观测显示导流墩的设置有效地防止水泵进口下方涡带的产生,在各种试验工况下进水流道内均未发现涡带,水泵运转平稳无振动,可保证机组安全可靠运行.比较进水流道出口流速分布的计算结果与模型试验结果,二者在总体结构上相近,数值模拟对泵装置性能预测结果在最优工况点与试验结果基本吻合.     

江都抽水站引河流态改善的模型试验

针对泵站进水流态不良,影响水泵装置性能的发挥及泵站的安全运行等问题,采用模型试验研究进水流态,建立模型比为1∶50的江都东闸至西闸间的整体进水河段及4座泵站引河的整体模型,改善了不良流态。以Froude准则为基础,适当提高模型水流流速,准确地模拟泵站的进水流态。提出的在江都抽水站引河内加设倒"Y"形导流墩及底坎的整流工程措施,消除了进水引河内水流的大尺度回旋和泥砂淤积,为泵站经济、安全运行提供了良好的进水条件。     

小型闸站式侧向泵站进水流态数值模拟研究

基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,开展了某小型闸站式侧向进水泵站进水流态的数值模拟研究,并针对原方案进水池内存在的不良流态提出了3种不同的整流措施,观察了各进水池流态,分析了进水池泵前纵剖面轴向速度分布均匀度、速度加权平均角和轴向平均流速.计算结果表明:原方案下,1#—3#进水池存在大范围的回流区,回流区由进水池进口延伸至进水管前端,流态极差;布设翼型导流板或J型导流墩,1#进水池回流区大面积减少,2#和3#进水池回流区消失;J型导流墩和翼型导流板组合措施的整流效果最优,进水池大面积的回旋区消失,所选纵剖面轴向速度分布均匀度提高了12.2%,水流流态均匀对称.研究成果可为同类泵站进水池的流态改善提供参考.     

双向流道立轴潜水泵系统流动特性研究

为探索将潜水电泵和双向流道泵装置结合在一起的双向流道潜水电泵系统,通过CFX软件对该系统进行全流道数值模拟,获得了系统内的流动特性,并预测了泵装置的水力性能。对进水流道内加设不同导流措施的水流特性进行了分析,结果表明,加设椭圆线导流锥的进水流道出口流速分布均匀度效果最好,能够防止有害旋涡,保证水泵运行的进水条件。应用特别设计的、单边18°的大扩散角出水室,有效地抑制了脱流和水力损失,确保水泵系统整体效率水平。在高精度水力机械试验台进行了模型试验。试验结果表明,泵装置扬程为3.11 m,流量为256 L/s,泵装置效率达到71.9%,正、反向分别高于可逆式双向潜水泵装置7和13个百分点。说明双向流道配立轴潜水泵装置具有良好的工程应用价值。模型试验结果和性能预测结果在高效区范围内吻合,数值计算得到较好的验证。     

多机组泵站正向进水阵列式隔板整流模拟及试验验证

针对多机组正向进水泵站前池内存在不良流态的问题,采用CFD与模型试验相结合的方法,对不同开机工况下的泵站前池流场进行了研究,提出一种利用阵列式隔板整流的措施,并评判了阵列式隔板整流的效果.计算结果表明:在4种不同开机工况下,前池内均存在大范围的回流与旋涡区,前池出口断面流速均匀度为38.42%～57.39%,水泵进水条...     

底部形式对一体化泵站水力性能CFD 影响研究

为探究一体化泵站不同底部形式对水力性能的影响,选取2台潜水轴流泵为研究对象,在一定流量条件下,基于CFD软件,分析泵站底部分别采用圆弧、椭圆、斜坡形式时的内部流动特性。由于底部形式的改变,导致泵吸水受影响,其中泵Ⅰ水力效率、进口流速均匀度高于泵Ⅱ 4%左右,泵Ⅰ进口加权平均角高于泵Ⅱ 1%~3%。底部形式为圆弧时,流态分布无明显差异,但两泵效率偏差相对较大。当圆弧半径为2.0 R时,流速均匀度与加权平均角有所增高,流态相对较好;在椭圆弧式底部形式下,流速分布较好,水泵效率较高,推荐选取椭圆弧半径为0.2 R;在斜坡底部形式下,随斜坡角度增加,易引起漩涡,流态发生恶化等,建议选取底部斜坡角度为30°。     

卧式泵站竖井进水流道三面进水水力特性数值模拟

针对某单向卧式引水泵站采用的竖井式进水流道进行优化设计,提出三面进水竖井进水流道,为分析三面进水下竖井进水流道的水力特性,基于雷诺时均N-S方程和k-ε标准湍流模型,采用CFD技术对该卧式泵站的三面进水竖井流道进行数值模拟,通过控制中墩的线型以及中墩宽度b形成不同的三面进水流道,从而分析不同三面进水流道的水力特性,具体分析不同方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和速度分布以及流道水力损失的状况.研究结果表明:对于不同中墩宽度下的三面进水流道,流线型中墩较矩形中墩其流速分布均匀度和速度加权平均角均较大,采用流线型中墩可以获得较好的流态;对于流线型中墩,随着中墩宽度b的减小,过水断面面积逐渐增大,各方案流速分布均匀度和速度加权平均角逐渐增大,当b=0.075B时,此时流线型中墩泵进口断面上的压力分布较矩形中墩更为均匀.     

高含沙水泵站前池扩散角试验与分析

泵站正向进水前池扩散角大小是影响正向进水前池水流流态及池长的主要因素,通过盐环定扬黄工程三泵站水工模型试验,观测正向进流前池不同水沙条件、不同工况下泵站进口流态、流速分布、前池的淤积形态。在前池进口扩散角20°、25°、30°、35°4种工况下,结果表现为:主流带流速值随着扩散角增加而增大;前池两侧淤积厚度大于中部,含沙量越大,前池淤积厚度越大;相同水沙条件、运行相同时间,扩散角越小淤积量越大;泵站前池前池扩散角25°和30°的布置较合理,水流、淤积等综合表现较好。     

鱼友好型轴流泵流场数值分析与汽蚀性能优化

为了提高鱼友好型设计造成的轴流泵汽蚀性能下降,通过实验对比验证了采用ANSYS CFX数值预测原型泵及鱼友好型泵汽蚀性能的可行性,得到经过鱼友好型设计后,原型泵许用空化余量(性能参数下降3%)数值计算结果由3.5 m增加到9 m,难以满足使用要求。通过分析鱼友好型泵的内部流场特性,揭示了轮毂处涡旋的产生机理以及叶片进口冲角过大的原因,由此设计出抑制涡旋产生、更加符合流动特性的叶片截面翼型,并修正部分设计参数。数值计算结果表明:优化后泵内部流场流动平稳,翼型头部液流过渡良好,没有局部速度增量产生,轮毂侧流动贴合叶片表面,在吸力面也没有产生涡旋,鱼友好型泵的装置许用空化余量预测值降低到3 m左右,完全满足原型泵的使用要求。     

离心风机涡旋结构及失稳流动特性分析

为了了解离心风机转子区域的失稳流动特性,基于SST k-ω湍流模型,探究了风机进流面非均匀流动特性与转子区域失稳流动的匹配关系,并基于涡动力学探究了转子失稳流道的涡旋尺度与结构.研究结果表明,在设计风量下,离心风机转子区域呈现明显的非均匀流动特性,可由气流速度、流动品质划分为稳流区和失稳区.同时,风机进流面流动特性与转子区域内流特性保持较好一致性,压力、速度、进流冲角皆呈现非均匀分布.进流面高速气流仅仅冲刷转子稳流区流道,而进流面低速流体在流经转子轴端后经由离心力的作用流至各个流道.通过使用进流冲角、环量、切向速度等方法,确定了额定工况下转子区域涡旋尺度、堵塞程度最为剧烈的流道,并通过湍动能及涡核分布成功捕捉堵塞流道的涡旋结构.     

立式循环泵进水流道的内部流场研究

进水流道设计是大型立式循环泵装置设计中的重要环节,为了解不同工况下叶轮对流道出口流场的影响,分别对考虑叶轮影响和不考虑叶轮影响下的进水流道内部流场进行计算和分析.研究发现不考虑叶轮影响下的进水流道内部流场特征几乎不受流量变化的影响,而考虑叶轮影响的进水流道情况则比较复杂.在小流量情况下,叶轮流场的进口回流效应会对进水流道出口流场产生显著影响.随着流量的降低,进水流道出口分析截面内的流速分布均匀度和流速加权吸人角两个指标逐渐降低,在0.4Q0流量时,截面外缘出现明显的圆周速度分量,其变化接近于涡核内的圆周速度曲线,并不断向叶轮上游流道扩展.     

竖井对低扬程贯流泵装置性能影响的数值模拟

为研究竖井贯流泵中竖井部分对贯流泵装置的水力性能的影响,采用计算流体动力学方法对包含进出水延长段、进出水流道、叶轮和导叶在内的整体泵装置进行数值模拟,分析竖井长度、竖井头部型线以及竖井尾部型线对进水流道水力损失、出口断面轴向速度分布均匀度、出口断面速度加权平均角以及泵装置能量特性的影响.结果表明:竖井长度、竖井头部和尾部型线对进水流道水力损失和出口断面速度加权平均角有影响,但是对进水流道出口断面轴向速度分布均匀度几乎没有影响;竖井尾部型线对流道水力损失影响最为显著,在设计流量工况下,竖井头部和尾部皆为锥形型式的进水流道水力损失较头部和尾部皆为圆弧形型式的进水流道的水力损失小24%;竖井头部型线和尾部型线采用锥形型式的进水流道水力性能更优,但是在选择锥形型线时候应注意不要延长竖井尾部长度.采用模型试验对数值模拟结果进行了验证,两者结果吻合较好,表明该数值模拟方法是可靠的.     

杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化

为保证杭州八堡泵站斜式泵装置的安全、稳定和高效运行,运用三维湍流数值模拟方法对该站斜式进、出水流道进行了水力优化设计研究.基于流道三维流场数值计算结果,揭示了进水流道高度和泵轴倾角分别对斜式进水流道水力性能的影响规律,揭示了出水流道平面扩散角和泵轴倾角分别对斜式出水流道水力性能的影响规律.结果表明:斜式进水流道高度愈大流道水力性能愈好,泵轴倾角愈小流道水力性能愈好;斜式进水流道转向角度愈小,水流受离心力影响愈小,愈有利于水流流动调整;斜式出水流道扩散角愈小流道水力性能愈好,泵轴倾角愈大流道水力性能愈好;受螺旋状的水流和急剧转向的“S”形弯曲流道的共同影响,斜式出水流道内不可避免地存在不对称旋涡;综合考虑八堡泵站流道水力性能、土建工程量、闸门提升高度和水泵机组安装检修难度等多方面的因素,确定该站斜式泵装置的泵轴倾角为20°.