分侧泵闸枢纽闸下出流整流措施研究

分侧泵闸枢纽在其泵、闸单独运行时,下游出水流态会因为水流向另外一侧扩散而导致水流不均,对下游的通航以及消能防冲不利。为了改善这一问题,提出了调整泵闸隔墙长度,设置高低尾坎与增设导流墩的整流措施。试验结果表明:缩短泵闸隔墙长度,有利于出闸水流提前向泵站侧扩散,高低尾坎与导流墩的设置进一步均化了闸下出流的流速分布,降低了出水口断面的最大垂线流速,有助于下游河道的防冲防刷和通航。     

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。     

基于CFD的导流墩几何参数对闸站合建枢纽通航水流条件的影响研究

闸站合建枢纽通航时容易在导流墩附近出现复杂水流现象。【目的】改善导流墩墩头前的斜流、偏流以及面层横向速度和轴向速度大的问题。【方法】基于计算流体力学(CFD)对某闸站合建枢纽节制闸通航水流条件进行数值模拟,研究分析了导流墩长度、开孔与否、开孔宽度、相邻孔口中心间距及开孔高度等参数对闸站合建枢纽通航水流条件的影响。【结果】综合考虑导流墩前横向流速、轴向流速及斜流面积,采用单因素递进分析表明,随着导流墩长度增加,导流墩前流速和斜流面积先减小后增大;当开孔宽度增加到4.5 m时,墩头前流速进一步减小,大于4.5 m时,墩头前流态恶化;随着开孔中心间距的增加,导流墩前流速呈现先减小后增大的趋势,孔口中心间距为6.25 m时,流态较优;当开孔高度增加到3.8 m时,墩头前流速和斜流面积进一步减小,大于3.8 m时,墩头前流速和斜流面积随之增大。【结论】通航水流条件的优劣受导流墩结构影响显著,导流墩开孔能够减小墩头前水流面层横向和轴向速度及斜流面积,提高通航安全性。导流墩最优开孔方案为:导流墩长度25 m、开孔宽度4.5 m、相邻孔口中心间距6.25 m、开孔高度3.8 m,相应墩头前水流横向和轴向速度及斜流面积分别为0.25 m/s、0.75 m/s、12.56 m~2。     

闸坝式枢纽工程闸前导水墙体形优化研究

闸坝式枢纽工程边界条件在库区到闸室段突然收缩,闸室过流单宽流量大、水头高,闸前进水口处易出现水流流态差和间歇性吸气漩涡等问题。为研究并选用合理的导水墙体形,分析闸前进水口处水流流态、流线分布、表面流速、漩涡分布及横向水位差等水力条件,采用数值模拟分析方法,对某闸坝式枢纽工程闸前导水墙体型布置方案进行优化,并用物理模型试验进行验证分析。结果表明优化方案在闸前近坝区束窄河床的导水墙体形布置,可有效改善进水口水流流态,减小闸前水流横向流速,并消除了间歇性吸气漩涡。     

阳江核电水库溢洪道消能试验研究

阳江核电水库溢洪道上、下游落差大，受地形条件的限制，一、二级消力池之间由两段弯道组成，弯道内产生折冲水流和偏流，流态较复杂。本文对阳江核电水库溢洪道工程方案进行试验研究，将溢洪道闸墩改为宽尾墩，并在一级陡槽段槽面加设阶梯跌坎，再抬高二级陡槽段堰顶高程，使弯道调整段水深加大等，改善了溢洪道运行流态，妥善地解决了溢洪道泄流与下游河道水流衔接的问题。     

改善城市排水泵站进水流态的试验研究

采用物理模型试验方法对某城市排水泵站进水系统水力流动特性开展试验研究,发现闸门井主流偏斜使得进水箱涵两侧配水不均,进而导致前池、进水池进流不均,存在漩涡、回流等不良流态。为改善泵站进水系统水流流态,通过在闸门井内设置导流墩、在前池内设置导流墩、横梁以及消涡板构成的组合式整流措施,并对其开展物理模型试验研究。结果表明,闸门井内设置导流墩有效提高了进水箱涵配水均匀性,前池进流在受到导流墩、横梁以及消涡板的综合整流作用下,显著改善了前池和进水池的水流流态,尤其是进水池内水流在平面上分布较均匀,在立面上呈底部大、表层小的分布规律,有利于水泵抽水并可防止表面涡形成,有助于保障水泵机组的安全稳定运行。     

隔墩对轴流泵装置直管式出水流道内流及脉动的影响

为分析隔墩对直管式出水流道内部流态及压力脉动的影响规律,基于立式轴流泵装置物理模型,采用在直管式出水流道壁面布置丝状红线和压力脉动传感器的方法进行了试验。结果表明,小流量工况时,有无隔墩的直管式出水流道内壁面红色丝线均呈大角度倾斜状;在最优工况和大流量工况时,直管式出水流道内壁面红色丝线趋于水平状,流量越大红色丝线越趋于水平。无隔墩的直管式出水流道脉动幅值均方根的平均值均高于有隔墩的直管式出水流道脉动幅值均方根的平均值。相同转速时,有无隔墩的直管式出水流道各监测点的脉动幅值均方根均随流量的增大而减小;相同流量比时,各监测点的脉动幅值均方根随转速的增加而增加。不同转速下各最优工况时,有隔墩的直管式出水流道各监测点的脉动主频与转频呈整倍数关系。隔墩对直管式出水流道内部水流流态有一定的调整作用,可降低脉动幅值,但不同工况时隔墩对直管式出水流道内流的改善效果还取决于导叶体出口剩余环量和流量。     

小河水电站溢洪道体型优化试验研

小河水电站溢洪道试验泄流能力大于设计泄流能力，整体布置方案优化后泄流能力满足设计要求，并大大减小了工程量。针对溢流堰闸墩后产生的水冠以及出口消能段存在的问题，通过模型试验进行体型优化，取得了较为理想的成果。① 中墩由原来4.0m改成3.0m厚并在其后部以流线型尾墩相连接，基本消除了水冠，大大降低了冲击波高，泄槽水流稳定。② 经过窄缝式挑坎和斜切挑坎试验方案比较，斜切坎能够很好地适应溢洪道轴线与下游河道流态衔接，同时达到了消能和改善下游河道流态的目的。     

大扩散比闸下折冲水流偏折特性试验研究

折冲水流作为闸下常见不良流态之一,会对下游河床和河岸造成严重的冲刷破坏.基于结构对称的大扩散比多孔水闸模型试验,在对称来流和出流条件下,采用LSPIV技术采集下游表面流场数据,研究扩散比和弗劳德数对闸下折冲水流表面流场偏折特性的影响.结果表明,下游河道横断面流速呈"S"型分布,折冲水流动力轴线沿程偏折显著,并按折冲水流...     

强潮河口排涝闸下游双丁坝防冲减淤措施研究

在综合分析钱塘江河口北岸水泥沙运动特性的基础上，提出在强潮河口排涝闸下游利用双丁坝进行防冲减瘀的方案，并利用水流数学模型模拟分析了水同布置方案工程前后水流特性、闸下游水流流态、丁坝间流速变化、排水出流与附近边滩水流相互作用情况，推断出丁坝附近的冲淤情况，从而为闸下游选择适合的河宽（丁坝间距）和丁坝长工提供依据。     

基于数值模拟的闸站结合布置优化设计

平原闸站枢纽工程采用水闸泵站结合布置方式,具有布置紧凑、占地少等优点,但同时亦存在局部回流和强横流等不利流态.选取新沟河延伸拓浚工程遥观北枢纽闸站结合布置方案为例,采用二维水流数模计算方法,对闸站结合布置进行优化设计,论证闸站工程总体布置的合理性以及船舶通航的安全性,并提出优化方案.研究结果表明：为了减轻偏流等不利流态及满足通航要求,闸、站上下游以导流墙（导航墙）相隔是合适的,导流墙的设置可使回流区上移,且导流墙长度的增加可降低横流区横向流速;闸站结合布置形式中,泵站进水侧布置清污机桥,一方面可清除污物,提高泵站效率和机组运行的稳定性,另一方面,清污机墩可改善站前水流流态.研究成果可为类似工程设计提供参考依据.     

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。     

基于全流道模拟的泵装置出水流道水力特性分析

为研究低扬程泵装置出水流道的水力性能,采用CFD方法对泵装置进行全流道数值计算,并通过模型试验对数值计算结果的准确性进行验证。分析了隔墩对出水流道水力性能和泵装置能量特性的影响,阐述了出水流道流量不平衡的问题以及环量对出水流道内部流动特性的影响。结果表明:对于低扬程泵装置,出水流道的隔墩对泵装置能量性能的影响较大,应尽量避免设置隔墩;在出水流道中,隔墩前伸会增加出水流道的水力损失,导致两孔流量分配更加不相等,隔墩后伸对两孔流量的分配无影响但会增加出水流道的水力损失,从而降低泵装置的水力性能。无环量时出水流道的水力损失与流量呈二次方关系,有环量时出水流道的水力损失增大,且内部流态变得复杂。出水流道的内外特性与泵装置的运行工况有关系,应避免将出水流道独立地从泵装置系统中脱离出来进行水力性能的计算分析。     

侧向进水泵站前池整流三维数值计算

为了改善侧向进水泵站前池流态,应用CFX软件,基于N~S方程和标准k~ε湍流模型,对某侧向进水泵站前池进行了无整流措施和多种整流措施的数值计算。结果表明,无整流措施时,前池内存在大范围回流区,水流斜向进入进水池,在隔墩附近形成漩涡;加设"Y"型导流墩,主流被分成2部分,流速分布趋于合理,进水角度得到调整;加设底坎后,翼墙前端回流消失,坎后出现横向水流和竖向漩涡,水流结构发生改变;加设导流墙后,回流区对主流的干扰减弱,水流均匀平顺进入进水池,是一种理想的整流方案。数值计算结果与模型试验结果基本一致。     

斜向进流城市雨水泵站引水建筑物流态改善数值模拟

为研究斜向进流城市雨水泵站引水建筑物内的水力流动特性,以改善不良流态,提高引水建筑物的配水均匀性,基于VOF模型与RNG k-ε湍流模型对上海市北新泾雨水泵站引水建筑物内水流流态及其配水特性进行了数值模拟。针对引水建筑物中出现的不良流态提出整流措施并对数值结果进行了物理模型试验验证。结果表明:斜向箱涵进流容易造成格栅井各孔流量分配不均且存在回流、漩涡等不良流态,影响泵站运行安全;采用"分流墩、横梁以及张角渐扩导流墩"的组合式整流措施可以显著改善分水箱涵、扩散段以及拦污栅处的不良流态,提高格栅井各孔的流量分配均匀程度;物理模型试验进一步验证了整流措施的有效性及数值计算方法的可靠性。     

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。     

溢洪道转弯出水渠体型及出口防冲措施优化研究

西洋河水库除险加固工程新建溢洪道通过出水渠转弯将下泄水流在京新高速前导入下游河床，转弯角度达54°。初设方案水工模型试验中弯道水流明显偏向左侧，渠内水流出现波状分界，两侧边墙出现回流，流态较差，导致出口水流扩散后左侧冲向高速桥墩，下游河床冲刷严重，无法满足消能防冲要求。采用FLOW-3D软件对出水渠体型优化方案进行了数值模拟，并进行了推荐方案的物理模型试验。研究成果表明：优化后的矩形断面平坡出水渠，水流束窄效果较好，渠内回流消失，流态明显改善。出水渠体型优化后渠内流速增大明显，因此针对下游防冲措施进行了不同方案对比，并推荐了可行方案。     

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.     

基于数值试验改善泵站压力水箱内拍门断流性能

某大型轴流泵站以压力水箱为出水建筑物,每台泵由并列布置的两只结构相同、尺寸较小的整体自由式拍门断流,边机组拍门断流性能很差。为改善拍门断流性能,拟对压力水箱内的水流场进行数值模拟分析。在泵站停机后压力水箱内的流场CFD数值模拟中,采用standard k-? 紊流模型与SIMPLEC算法,采用速度进口与自由出流边界条件,按无应力边界条件处理自由水面。以泵站停机拍门断流过程中水泵流量的变化过程为基础设定了三个典型时刻,对泵站停机后压力水箱内的水流流场进行CFD数值试验。对比中间机组与边机组对应的压力水箱内的水流流场,分析了边机组两只小拍门不同时关闭、后关闭小拍门撞击声响很大以及拍门断流性能差的原因。在边机组两只小拍门之间加设隔墩后,进行了CFD数值试验,与无隔墩情形相比,边机组拍门前水流流态得到了有效调整,从而改善了拍门的断流性能。     

尾矿库排水系统急流交汇区水流控导试验研究

基于某尾矿库模型试验研究,发现排水系统主、支洞交汇区水流衔接流态恶劣、旋滚强烈,影响干支洞的过流能力;亟需改善交汇区流态,保证排水系统在泄洪时的安全稳定。结合工程实际,经多次试验研究,在支洞设置导流楔体以缓解支洞出口水面横比降大、动量分布不均的问题;在主洞设置压浪板、稳流池以改善交汇区水流紊乱、急流折冲的现象。将两类措施综合,提出了交汇区急流控导的稳流装置与交汇区优化体型。试验验证表明,改善后的急流交汇区进、出口水面横比降降低、顶冲水流得到有效控制、流态相对稳定,满足安全泄洪要求,已经被工程采用并有很好的推广应用前景。