泵站开敞式进水池几何参数的数值模拟

基于定常不可压流体的控制方程和重整化群湍流模型,应用SIMPLEC算法,计算了不同几何参数的泵站开敞式进水池定常流动.研究表明过小的后壁距将引起进水喇叭口的单向进水趋势,过大的后壁距将导致后壁产生较大区域的回流区;过小的悬空高使得流入喇叭口的水流流线过于弯曲,过大的悬空高将形成喇叭口的单面进水,导致水泵进口的轴向流速分布不均匀.研究显示矩形、梯形和半圆形进水池水力性能相近,ω形进水池的水力性能最佳,进水管流速分布均匀.基于数值模拟结果提出的进水池主要尺寸参数的范围和后壁平面形状,可应用于工程实际.     

箱涵式进水流道水泵喇叭口悬空高度试验研究

悬空高度是箱涵式进水流道泵站设计中重要的设计参数之一。通过建立泵站水力模型，对箱涵式进水流道水泵喇叭口设计了5种不同的悬空高度，观测了不同喇叭口悬空高度下的进水流态和实测了不同悬空高度下的泵装置性能曲线。研究结果得出了箱涵式进水流道水泵喇叭口悬空高度P取（0.55～0.6）D较适宜，水流从喇叭口四周环向进水，进水均匀、平顺，水泵运行装置效率相对较高。     

1000MW电厂循环水流道进水池三维

电厂进水池的流态直接影响到水泵的工作状况、气蚀性能和安全运行保证率,因此在进水流池体型研究与水力设计中都特别关注这一问题。针对大型1000MW电厂进水池工程实际,应用κ～ε紊流模型对进水水池及喇叭口附近流场进行三维水流数值模拟计算, 分析研究了吸水池及喇叭口附近的流速、压强及涡漩分布,同时也对进水池数值模拟的计算参数及网格处理进行了分析讨论。数值模拟结果分析表明,计算结果与物理模型试验数据基本一致。为了消除水泵喇叭口附近的表面漩涡和水下漩涡,作者提出了保证水泵正常运行的进水池设计控制尺寸。     

竖向进水管布置对泵站进水流态的影响模拟

基于定常不可压缩强曲率流体的RNG k-ε紊流数值模型,通过建立以水力损失最小和基于质量加权流速均匀度最大为优化目标的评价函数,设定适当的边界条件,利用三维非结构化六面体网格单元进行网格划分,采用有限体积法对控制方程进行离散,应用CFD软件Fluent对泵站进水池和水泵进水管内部流场进行数值模拟计算.为了模拟水泵竖向进水管布置的控制参数对泵站前池和水泵进水管口流态的影响,参照现行的泵站设计规范,分别模拟了管道内径为D的竖向进水管在不同后壁距和不同悬空高度时的进水流态,并绘制了水泵进水管口流速均匀度和水力损失关系曲线.研究表明,对于安装有卧式离心泵的大型提水泵站,合理的进水管后壁距与悬空高度可以保证良好的进水流态,促使水泵进口流速分布均匀,有效地防止前池内的泥沙淤积,并能确保水泵高效稳定运行.根据模拟计算结果,提出了设计时可供参考的进水管后壁距取值范围为（0.4～0.8）D,悬空高度的取值范围为（0.6～0.8）D.     

低扬程泵站箱涵式出水流道水力特性试验

对泵站箱涵式出水流道5种不同出水喇叭口悬空高度、4种不同后壁距及矩形、半圆形和对称蜗壳形3种后壁型线以及导叶后无扩散喇叭管方案进行了试验研究。测得了喇叭口不同悬空高度时流道的水力损失，分析得出了不同佛汝德数下流道水力损失随喇叭口悬空高度变化的规律。对4种不同后壁距及不同后壁型线时流道的水力损失进行了测试和分析比较并观测了流道内流态。     

泵站矩形进水池临界淹没深度试验研究

在量纲分析的基础上,通过试验,定量观测了池宽、喇叭口悬空高、后壁距、流量等对泵站矩形进水池临界淹没深度的影响,给出了一定尺寸范围内确定临界淹没深度的经验公式。     

泵站矩形进水池临界淹没浓度试验研究

在量纲分析的基础上,通过试验,定量观测了池宽、喇叭口悬空高、后壁距、流量等对泵站矩形进水池临界淹没深度的影响,给出了一定尺寸范围内确定临界淹没深度的经验经验公式。     

泵站出水流道的优化试验

为了对箱涵式出水流道的水力特性有更深入的认识,对在建工程伯渎港泵站出水流道进行了较为全面的试验研究。从改善流道流态,降低水力损失的角度出发,采用模型试验和数值计算相结合的方法,对出水流道的喇叭口到流道顶的悬空高、后壁型线和后壁距等主要特征参数进行了多组试验。试验结果验证了出水流道设计的合理性;并发现出水流道悬空高过大或过小均不合适,后壁型线以采用对称蜗壳型式为好,后壁距适当减小是可行的;同时还发现了流道中旋涡产生的位置,分析了产生这些现象的原因。由于采用了两种方法进行对比试验,所以保证了结果的可信性。     

侧向进水泵站前池流动特性及调控措施分析

为解决江苏省扬州市施桥泵站侧向进水前池大范围回流的问题，以施桥翻水站进水建筑物为研究对象，基于雷诺时均N-S方程和RNG k-ε模型，采用CFD软件对侧向进水前池和进水池进行联合数值计算，分析了不同整流措施时前池和进水池的流动特性，提出了若干整流措施并定量分析了流态调控效果，结果表明：无整流措施时，侧向进水泵站2号和6号进水池流态较为紊乱，流线分布不均；通过3个方案整流措施分析，在前池增设底坎时进水池流线分布均匀，流速分布合理，且各水泵机组的进水池进口特征断面轴向流速分布均匀度平均提高了约30%，整流效果显著。研究成果可为类似泵站工程流态改善提供参考。     

分叉型侧向进水泵站前池底坎整流机理

为改善泵站前池不良流态,以分叉型侧向进水泵站为研究对象,基于商用软件CFD分析底坎位置及几何参数对前池流态改善的影响。计算结果表明:无整流措施时,分叉型侧向进水前池中流态紊乱,进水池进水条件差,流速分布不均匀;通过加设底坎可显著改善前池中的流态,提高流速分布均匀度。当底坎距进水池为2 D,高为0.67 D,宽为0.44 D时,前池底层回流区基本消失,进水池流态以及流速分布得到有效改善。     

进水池对水泵进水条件影响的数值模拟和试验

采用有限体积法和非结构网格,数值模拟了两种进水池设计方案对水泵进水条件的影响,并利用物理模型试验对数值计算结果进行了验证。数值计算结果表明,在进水池长度、宽度和喇叭口淹没深度等其他设计参数相同时,与矩形进水池相比,平面对称蜗壳形进水池配合导水锥的进水设计可以有效减小水泵吸水管内横向流速,抑制涡流强度,较好地改善水泵的进水条件。     

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.     

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。     

大型双向流道泵装置优化匹配与试验研究

研究了一种双向流道立式泵装置,综合考虑了进水流道出口流速分布均匀度和进水流道水力损失2个目标函数,应用CFD技术对双向进水流道喇叭口悬空高度进行了多方案的优化比选,当悬空高等于0.57D(D为水泵叶轮直径)时进水流道水力损失增加较小,且流道出口流速分布均匀度最好.通过对出水流道喇叭管出口高度的多方案计算比较,得到双向出水流道扩散喇叭管出口高度对流道水力性能的影响规律:当出水流道扩散喇叭管的高度较高时,流速较大,流道水力损失较大;随着扩散喇叭管高度的逐渐降低,出水流道水力损失逐渐减小;当喇叭管的高度降低到一定程度,水力扩散损失占据主导作用,随着喇叭管高度的进一步降低,其水力扩散损失越来越大;当喇叭管出口至流道顶板高度等于0.48D时,对应的出水喇叭管高度为最优.将优化匹配的双向进出水流道配置优选的水泵模型,进行泵装置模型试验,在低扬程3.26 m时,装置效率可达71.2%,可为同类型泵装置的优化设计提供参考.     

泵站钟形进水流道试验与数值模拟

制作了泵站钟形进水流道水力模型，测试了其水力损失．采用了雷诺方程（RANS）和标准 湍流模型，数值模拟了钟形进水流道6种不同喇叭管悬空高度和4种不同流量方案下的流道内流场，分析了钟形进水流道关键部位的流态特征，揭示了流道特征断面的速度分布规律．分析比较了各方案的数值计算与试验结果，提出了钟形流道喇叭口悬空高的合理取值范围。     

仙桃大垸子泵站流道水力优化设计与研究

为确保仙桃大垸子泵站的安全、平稳、高效运行,运用三维湍流数值模拟对该大型泵站设计工况的进出水流道内部流动进行了水力优化。基于流道三维流场数值计算结果,采用轴向流速分布均匀度、入泵水流加权平均角和阻力系数3个指标综合评价进水流态,采用出口平均流速分布和流道损失综合评价出水流态,揭示了肘形进水流道弯曲段内曲率半径对进水流道水力性能的影响规律,以及屈膝式出水流道出口段外曲率半径对出水流道水力性能的影响规律。结果表明:过大或过小的曲率半径和不平顺的流道线型都不利于优化进出水流道水力性能,出水流道过度段不可避免会出现分离旋涡,屈膝段曲率半径变化越连续,线型越平顺,流道水力性能就越好;线型优化应综合考虑数模计算成果和工程实施等因素。     

新型肘形进水流道水力特性预测

提出一种新型肘形进水流道,具有型线简单,容易设计和施工方便等优点。采用定常雷诺平均N S方程和标准kε紊流模型,数值模拟了该新型肘形进水流道的三维紊流。在详细分析内部流态的基础上,从流道出口断面轴向流速分布均匀度、出口水流偏流角和流道阻力系数3个方面对其水力特性进行了全面的预测,并与按常规设计的肘形进水流道的水力特性进行了比较。计算结果表明,新型肘形进水流道具有优良的水力特性,出口水流的轴向流速分布均匀度高,偏流角小,可为水泵提供良好的进水条件。     

开敞式进水池优化水力设计

应用文献[10]阶绍的进水池流场数值计算的方法及水力优化目标函数，对开敞式进水池进行了优化水力计算，得出了正向进水的进水池的最优水力设计准则。     

侧向泵站进水前池流态数值计算与优化

为了优化侧向泵站进水前池流态，消除不良流态对水泵吸水的影响，采用数值计算对某泵站进水池流态进行了分析，在此基础上提出了在进水池进口处布置不同尺寸导流栅的整流方案，分析了整流后的进水池流态。通过结果可知，布置导流栅后达到了相应的整流效果，能让流束通过导流栅格栅较为平顺流入进水池内，改善1～4号进水池内的偏流现象，给水泵创造良好的吸水条件。综合比较各方案计算结果知“3+2”型组合布置形式可使得5个进水池流速不均匀系数趋于稳定，并且与原方案相比流速不均匀系数均有所降低，整流效果明显。     

灰埠泵站前池和进水池流态的数值

泵站前池和进水池内的流动状况对水泵进口流态及机组的运行状况有很大的影响。利用标准紊流模型对灰埠泵站在设计流量下运行时，前池和进水池内的流动进行了三维数值模拟分析。结果表明，计算区域内整体流动对称。在前池末端和进水池入口的两侧有一对旋涡，但旋涡强度不大，对水泵进口流态影响较小。速度矢量和压力分布显示，中间4台大机组喇叭管入口附近存在不同程度的小漩涡，流动有一定不对称性，而两侧小机组喇叭管入口流速在周向上基本分布均匀。总体来说，各机组进水条件较好，但两侧小机组进水条件较优。