计入水量损失和水头损失的渠系输

在灌溉排水领域中，对于输水渠道，仅有考核输水过程中水量损失的渠系水利用系数指标，而无考核输水过程中的水头损失的指标。本研究首次提出渠系水头效率指标，建立既包括水量损失，又包括水头损失的渠系输水效率指标，给出渠系水头效率和渠系输水效率的计算方法。成果对于研究并提高渠系输水效率、降低输水成本有重要意义。     

计入水量损失和水头损失的渠系输水效率研究

在灌溉排水领域中,对于输水渠道,目前仅有考核输水过程中水量损失的渠系水利用系数指标,而无考核输水过程中的水头损失的指标.本研究首次提出了渠系水头效率指标;建立了既包括水量损失又包括水头损失的渠系输水效率指标;给出渠系水头效率和渠系输水效率的计算方法.成果对于研究并提高渠系输水效率、降低输水成本有重要意义.     

弧角梯形渠道无喉道量水槽水力特性研究

量水设施作为灌区灌溉管理工作的基础性设施,其水力特性的研究是灌区量水的基础工作。基于FLUENT 6.3软件,采用VOF方法和RNG k-ε湍流模型对弧角梯形渠道无喉道量水槽过槽水流进行三维数值模拟,对不同工况下的流速分布、水面线、水头损失等水力特性进行研究并建立相关的流量计算公式,与渠道流量进行对比分析。结果表明,当收缩比为0.57~0.74时,该数值方法能够在4.985 3~33.597 6 m3/s较大流量范围内测流,准确度较高,可为灌区渠系编制用水计划和调整供配水方案提供依据。     

大型箱涵式泵装置优化设计与试验

为了研究箱涵式泵装置进、出水流道的水力性能,采用了基于CFD数值模拟计算和模型试验的DOE正交设计试验方法。对进、出水流道进行三维参数化建模,以进水流道出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,针对进水喇叭管、导水锥和出水喇叭管、出水导流墩控制尺寸进行五因素四水平的正交试验设计。通过CFD数值模拟手段,针对设计流量工况点,分别对进水流道和出水流道各16个设计方案进行数值模拟计算,分析不同控制尺寸对进、出水流道水力性能的影响。最后通过模型试验对优化方案数值计算结果进行可靠性验证。数值模拟和试验结果表明,通过DOE正交设计方法进行进水流道优化设计,可以得到各控制参数对进水流道水力损失和出口断面均匀度的主次影响,进水流道最大水力损失达到8.56 cm,最小水力损失为3.91 cm,优化方案水力损失为3.65 cm,出口速度均匀度达到93.07%,较初始方案水力损失降低了1.31 cm,出口速度均匀度提高了1.17个百分点;出水流道最大水力损失为46.07 cm,最优组合出水流道水力损失为32.53 cm,较原始方案水力损失减小了7.96 cm。根据泵装置全特性曲线可知,该泵装置出水流道水力损失在设计工况下最小,最高运行效率达到70.04%,最高运行扬程为4.0 m,在设计扬程1.36 m时,效率为66.82%,对应流量为34.31 m3/s。模型试验最高运行效率达到71.5%,在设计扬程1.36 m时,试验运行效率在64%左右,与数值模拟结果吻合较好。     

泵站虹吸式出水流道优化设计

对虹吸式出水流道的型线进行数学建模的基础上,开发了基于流道参数的优化设计软件,该软件能够快速进行流道型线的绘制,并能使流道的型线自动符合流速渐变的原则.结合三维紊流数值模拟对流道内流场进行三维空间的仿真,检验了流道的水力性能.建立了以虹吸式出水流道水力损失为目标函数、驼峰断面位置为求解变量的最优化问题数学模型,求解结果表明：当驼峰位于流道进口的正上方,即进口弯管段变为近似直管时,整个虹吸式出水流道的水力损失为最小.说明在设计虹吸式出水流道时,在泵站结构布置允许的条件下,驼峰的位置应尽可能向流道进口方向靠近,以减小出水流道的水力损失,提高泵装置效率.     

U形渠道三角剖面堰数值模拟与水力性能探究

为探究U形渠道三角剖面堰量水的可靠性及其水力特性,以更好地进行灌区科学化管理,合理分配水量。基于堰流原理,通过Fluent 6.3软件,采用VOF方法和RNG k-ε湍流模型对U形渠道三角剖面堰进行三维数值模拟,并对模拟结果进行分析。对不同流量工况下沿程水面线,流速分布,佛劳德数以及水头损失进行探究分析,得到水面线在量水堰处急剧下降,同时流速增大。水流流态从缓流到急流再恢复成缓流,临界流出现在堰顶处,且最大水头损失不超过上游总水头的13%,理论分析发现各项水力特性均符合经典水力学基本原理。建立流量公式并比较分析计算流量,模拟流量和渠道流量,最大误差为13.86%,最小误差为0.03%,基本符合灌区量水堰测流的精度。     

进口流场对虹吸式出水流道的性能影响

采用数值模拟方法,把轴流泵后导叶的出口流场作为虹吸式出水流道的进口流场,研究对其水力特性的影响。计算结果表明,导叶出口流速和压力分布不均匀,存在横向流速和剩余环量,使虹吸式出水流道水力特性变差,下降段和出口段的回流区增大,驼峰断面和出口断面轴向流速分布均匀度显著下降,水力损失增加。轴流泵后导叶出口流场影响虹吸式出水流道两侧的流量分配,右侧流量恒大于左侧流量,而右侧的水力损失却小于左侧的水力损失,但两者都比无旋、轴向进水条件下的流道水头损失大得多,流量和水头损失的关系并不符合二次抛物线变化规律。     

南水北调工程保水堰水力特性研究

南水北调天津干线采用分段低压输水方式后，保水堰作为有压管道中的衔接性水工建筑物，结构独特，流态复杂，在输水系统中起着关键作用。本文通过保水堰的水工模型试验和数值模拟，得到了保水堰的水力特性，即保水堰的局部水头损失系数、流量系数和水流流态随着水位而变化的规律，其成果对长距离调水水力计算和工程设计有重要的意义。     

叶片角度对输水泵站泵装置水力性能影响分析

为研究输水泵站泵装置水力性能受叶片角度变化的影响,采用CFD方法模拟全流道泵装置水力性能,分析设计流量工况下叶片角度变化对进水流道、出水流道流动及叶轮内部流动特性和水力性能的影响.结果表明:在设计流量工况下,叶片角度偏离设计工况角度,叶轮进口近轮毂区存在回流、脱流;叶片角度偏离设计工况角度越大,进水流道、出水流道内水流流态越差,水力损失越大.当叶片角度调节为-8°工况时,与叶片角度-0°工况比较,进水流道和出水流道水力损失相对值最大,分别为1.28和2.89.即叶片同等偏离角度下,出水流道水力损失增大幅度较进水流道更加明显.对比数值模拟结果与模型试验结果得出,在设计流量工况,叶片角度为0°时,扬程相对误差为1.2%,效率相对误差为2.1%,两者吻合较好.     

钟型进水流道轴流泵装置数值优化与试验分析

基于RNG k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用流体计算CFD软件对钟型进水流道的轴流泵装置进行三维流动数值模拟以及水力性能的优化设计。通过先局部后整体的方法先单独对钟型进水流道进行优化,然后在整体泵装置内对弯管式出水流道进行优化,对进、出水流道进行三维参数化建模,进水流道以出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,出水流道以泵装置效率为目标函数,针对设计流量工况点,分别对进水流道和出水流道各控制参数方案进行数值模拟计算,分析不同控制尺寸对进、出水流道水力性能的影响。最后通过模型试验对优化方案数值计算结果进行可靠性验证。数值模拟和模型试验结果表明,优化后钟型进水流道的水力损失由0.348 m降低到0.148 m,钟型进水流道出口流速均匀度由54.59%提高到93.35%;弯管式出水流道的水力损失由0.464 m降低到0.415 m,通过优化流态得到了改善。模型泵装置试验在叶片安放角0°时,设计工况下泵装置效率达到74%,泵装置最高效率为76.47%,高效区运行范围较宽;进出水流道无漩涡产生,流态均匀,数值模拟和模型试验外特性曲线误差在5%以内,进水流道水力损失曲线趋势相同。运用数值模拟优化计算钟型进水流道的轴流泵装置,缩短了试验周期,节约了成本,可为同类泵站的设计和安全运行提供参考。     

大型泵站出水流道三维流动及水力损失数值计算

根据研究低扬程泵站水泵装置的方法可以多样化的观念,提出了将出水流道从水泵装置中分离出来,进行出水流道内部流态数值模拟和水力损失计算的方法．介绍了低扬程大型泵站出水流道三维流场及水力损失数值计算的计算区域、边界条件及网格剖分等有关问题;给出了虹吸式和直管式等两种形式出水流道三维流场和水力损失数值计算的实例,并与流道模型试验的流场观察及水力损失测试结果进行了比较．结果表明：两种形式出水流道内部三维流动以及水力损失数值计算的结果,与流道模型试验的结果一致．     

水泵转速变化对进出水流道水力损失的影

在比较各种进出水流道水力损失研究方法的基础上，运用计算流体动力学方法数值模拟了4种水泵装置内部流动，研究水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响。数值计算结果表明，由于水泵装置中进水流道内部流动受水泵叶轮旋转引起的水流预旋的影响，因而小于无泵单独运行时的水力损失。水泵转速变化后，在相同流量下，进水流道的水力损失基本不变。水泵导叶出口水流条件和剩余环量影响出水流道的水力特性，水力损失随流量变化的关系非常复杂。水泵转速变化后，出水流道内部流动不相似，相同流量下的水力损失不相等。装置模型试验结果验证了数值计算结果的有效性和可靠性。     

水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响

在比较各种进出水流道水力损失研究方法的基础上,运用计算流体动力学方法数值模拟了4种水泵装置内部流动,研究水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响.数值计算结果表明,由于水泵装置中进水流道内部流动受水泵叶轮旋转引起的水流预旋的影响,因而小于无泵单独运行时的水力损失.水泵转速变化后,在相同流量下,进水流道的水力损失基本不变.水泵导叶出口水流条件和剩余环量影响出水流道的水力特性,水力损失随流量变化的关系非常复杂.水泵转速变化后,出水流道内部流动不相似,相同流量下的水力损失不相等.装置模型试验结果验证了数值计算结果的有效性和可靠性.     

泵站蜗壳式出水流道三维紊流数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型闭合雷诺时均Navier-Stokes方程,数值模拟了某大型混流泵装置中蜗壳式出水流道的内部流动,在分析关键断面流态的基础上,对该出水流道的水力特性进行了预测。模拟结果表明,蜗壳式出水流道的内部流态非常复杂,在一些区域有局部涡流和脱流现象,流速分布均匀性较差。蜗壳出口和流道出口断面的轴向流速分布均匀度曲线均为开口向下的曲线,而出口水流偏流角曲线则是开口向上的曲线,对应于水泵装置最高效率点,两者分别达到最大值和最小值。水头损失随流量变化而变化,在水泵装置最高效率点达到极小值。水泵装置在偏离设计工况大流量侧运行时,出水流道的水头损失迅速增加,装置效率急剧下降。     

复式断面渠道渠系水利用系数测算方法研究

【目的】研究采用复式断面渠道的灌区渠系水利用系数更精确地测算方法。【方法】采用动水测定法测定了渠道各断面水力要素,之后通过修订后的戴维斯-威尔逊公式和考斯加科夫渠道渗漏经验公式求得研究区域复式断面渠道渠系水利用系数,对比分析了各渠道水损失以及渠系水损失量。【结果】动水测定法更适合不断流复式断面渠道水力要素的测算;采用标准梯形断面渠道衬砌的方式渠道损失最小;考斯加科夫渠道渗漏经验公式求得灌区渠系水利用系数为0.75,而戴维斯-威尔逊公式求得灌区渠系水利用系数为0.82,更加接近实际值0.86,精确度提高了9.5%。【结论】由于占地、开挖等影响因素,灌区渠系衬砌后多形成复式断面渠道,灌区渠道衬砌优先采用标准梯形断面衬砌方式。对于这类渠系工程,动水测定方法明显优于典型渠道测量方法,戴维斯-威尔逊公式也更适用于复式断面渠道的渠系水利用系数的测定。     

低扬程泵装置流道损失试验研究与

针对大型泵站常用几种进出水流道特点，对其损失进行了详细试验研究，并进行了部分数值模拟，结果显示数值模拟结果与试验结果较为一致。同时结果还表明，不同流道的水力损失特性有较大差异，最大出水流道损失可达最小进水流道损失的4~7倍。由此可进一步对流道结构进行优化，并可根据具体泵装置特点进行进、出水流道的不同组合，确保装置性能最优。     

低扬程泵装置流道损失试验研究与数值模拟

针对大型泵站常用几种进出水流道特点，对其损失进行了详细试验研究，并进行了部分数值模拟，结果显示数值模拟结果与试验结果较为一致。同时结果还表明，不同流道的水力损失特性有较大差异，最大出水流道损失可达最小进水流道损失的4～7倍。由此可进一步对流道结构进行优化，并可根据具体泵装置特点进行进、出水流道的不同组合，确保装置性能最优。     

大型泵站虹吸式出水流道水力特性

分析了影响虹吸式出水流道水力特性的主要设计参数，在数值模拟流道内部三维流动和定性分析流道内部流态的基础上，建立了虹吸式出水流道水力特性评价指标体系。通过分析2个设计方案虹吸式出水流道的流场，定量比较驼峰和出口断面的流速分布均匀度和流道水力损失，客观评价虹吸式出水流道的水力特性，为实现水力设计优化提供了可靠依据，可有效地节省物理模型试验费用和时间，提高水泵装置效率。     

大型泵站虹吸式出水流道水力特性分析

分析了影响虹吸式出水流道水力特性的主要设计参数，在数值模拟流道内部三维流动和定性分析流道内部流态的基础上，建立了虹吸式出水流道水力特性评价指标体系。通过分析2个设计方案虹吸式出水流道的流场，定量比较驼峰和出口断面的流速分布均匀度和流道水力损失，客观评价虹吸式出水流道的水力特性，为实现水力设计优化提供了可靠依据，可有效地节省物理模型试验费用和时间，提高水泵装置效率。     

洛惠渠灌区渠道弯道病害问题探讨

灌区渠道在布线时应尽量减少弯道,但是由于受地形等条件的限制,不可避免地存在弯道,且弯道弯曲程度大,因而使渠道水流在弯道处发生流态改变,形成弯道急流或弯道缓流而冲刷或淤积渠道,影响渠道的安全运行及使用寿命,在填方渠道影响尤为明显.通过对渠道弯道部位病害形式分析,总结多年工作经验,结合水力学原理,提出对弯道部位采取渠底超高法、复曲线法等措施消除或减弱冲击波,以改善弯道水流条件;或采用加高培厚渠堤、垫层法、夯实法等传统施工补强法提高渠道强度,以减少或消除水流对渠道的损害,改善渠道的运行条件,延长渠道及渠系建筑物的使用寿命.