卧式泵站直管式出水流道型线变化水力性能数值模拟

基于不可压缩流体的连续性方程和雷诺时均N-S方程,采用CFD技术对卧式泵站直管式出水流道进行数值模拟计算,通过改变出水流道型线,分析出水流道内部流动特性及水力损失影响。研究表明,出水流道当断面形状设计为圆变方,在平面方向和立面方向均逐渐扩大的形式时,流道内流态最好;将进水流道断面在平面方向设计为先扩散后平直,而在立面方向均匀扩大的形式时,流态较好;而将断面在立面与平面方向均设计成先扩散后平直时,出水流道流态最差。     

基于DPSA算法的“单库-单站”水资源优化调度方法研究

提出了单座水库与单座补水泵站水资源优化调度的非线性数学模型,模型以年内各时段的缺(弃)水量的平方最小为目标函数,各时段水库供水量和泵站引提水量为决策变量,各时段水库库容为状态变量,以年调节水库可供水量、泵站年引提水总量、水库与补水泵站的联合运行准则(泵站闲时补库、忙时供水)等为约束条件,并以南水北调东线一期江苏境内"骆马湖-皂河站"为实例,采用动态规划逐次逼近法进行求解。结果表明,相同供水保证率时,50%、75%、95%来水频率下泵站补水量、缺水量、弃水量比常规调度均有减少。     

导叶位置对S型轴伸贯流泵装置水力性能的影响

为了研究不同导叶位置对S型轴伸式贯流泵装置水力性能的影响,设计了4种不同导叶相对位置的方案,并分别针对小流量(Q=0.8Q0)、设计流量(Q=1.0Q0)、大流量(Q=1.2Q0)3种工况下的S型轴伸贯流泵装置进行了数值模拟计算。对比数值模拟结果与试验结果,并分析计算结果的外特性与内特性,通过模型试验验证了数值模拟计算结果的准确性。结果表明,泵装置效率和扬程随导叶相对位置逐渐增大呈现先上升后下降的趋势,导叶与叶轮之间的相对距离存在最优值A=10 mm,在此位置时,泵装置效率和扬程相对最高,导叶体水力损失与出水流道水力损失相对最小,导叶体对于动能的回收能力强。小流量与设计流量工况下,出水流道进口平均涡角的大小随导叶相对位置先减小后增加,对应出水流道水力损失先下降后上升的趋势。大流量工况下,平均涡角不随导叶相对位置变化而变化。     

泵站正向进水前池底坎整流机理数值模拟

为研究正向进水前池存在的不良流态,基于N-S方程和Realizable k-ε紊流模型,采用SIMPLE算法,数值模拟了正向进水前池中无任何措施和增设底坎整流措施的流态.CFD计算结果表明：原方案的前池两侧出现了大面积的回流区,泵站两侧机组进水条件差,水流偏斜较为明显;加底坎,且当底坎离进水池较远时,整流效果并不明显,前池内仍有大面积的回流产生,偏流依然严重;当底坎离进水池较近时,坎后旋涡直接影响到进水池的流态;通过CFD优化,底坎设在离进水池入口（7~10）D处,能明显改善前池的流态,水流能较均匀地流入各台机组;随着底坎坎高的增大,底层回流区会逐渐变小,较大回流区发生的位置也由坎后变为坎前,坎高的取值约为0.3H＇时,前池内流态较好;底坎的顶宽尺寸对前池流态的影响较小.CFD计算结果与试验结果基本吻合,研究成果对正向扩散前池流态改善有借鉴价值和实际意义.     

箱涵式轴流泵装置进出水流道优化设计

基于RNGk-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用CFD商用大型软件对箱涵式进出水流道立式轴流泵装置进行了三维流动仿真计算及水力特性的优化设计。通过先部分后整体的方法先独自对箱涵式进水流道进行优化计算,而后在整体泵装置上对箱涵式出水流道进行优化计算。进水流道的优化以出口断面流速均匀度和水力损失为目标函数,出水流道的优化则以泵装置效率和水力损失为目标函数。通过数值计算得出,优化后箱涵式进水流道的水力损失由7.52cm降低到3.49cm,进水流道出口流速均匀度由42.41%提高到89.11%,进水流道的悬空高度H和进水喇叭管与叶轮间的连接角度α对进水流道水力特性的影响显著,设计时应该重点考虑。箱涵式出水流道的水力损失由87.15cm降低到76.37cm,出水流道的设计应重点关注导流墩与出水喇叭管的半径差Δr和出水导流墩的半径R,合适的出水导流墩半径在0.75倍导叶出口直径左右。泵装置模型试验在叶片安放角-4°时,设计工况下泵装置效率达到75.0%,泵装置最高效率为75.67%,高效区运行范围较宽;对比数值计算和模型试验的结果可以发现误差最大处低于5%,整体性能曲线的趋势相对良好,说明数值模拟对于泵装置的优化是合理的,对于实际工程具有指导意义。     

保水剂底施对沙子剖面水分和硝态氮运移的影响研究

【目的】解决沙土地区漏水漏肥的核心问题,建立保水防渗漏新技术体系,促进沙土地区农业可持续发展。【方法】基于保水剂的吸水保肥等物理化学特点,以保水剂和土壤混合物底施为技术方法,选用聚丙烯酸钠和壤土为材料,采用沙柱模拟试验,研究了不同施用厚度的保水剂-土壤混合物对剖面水分运移及硝态氮淋洗的影响。【结果】聚丙烯酸钠在壤土中的质量分数为1%时,可以对水分有效截流;混合物底施,以0.9～1.5 cm厚度为最佳;淋溶试验表明硝态氮主要集中在表层和保水剂层,占比为87.2%,有效防止了硝态氮的下移。【结论】保水剂壤土混合物底施,可以起到显著的水分养分截流作用,本试验中聚丙烯酸钠质量分数1%及1 cm厚度时,可获得较好效果。     

基于多通道数据流在线相关分析及聚类的闸站工程安全监测

闸站工程自动安全监测可积累大量高质量监测数据,然而对这些数据的在线自动分析手段较为有限。该文提出一种针对多通道实时监测数据流的在线相关分析与聚类方法,以挖掘多个感兴趣测点通道数据流之间的联系。该方法能够在线快速计算数据流的统计特征,在计算数据流之间相关性度量的基础上,对多数据流进行自动聚类。以泰州高港闸站工程安全监测系统为例,针对扬压力、伸缩缝、温度等多类型共65个通道数据流进行在线相关分析与聚类,一次特征计算、分析与聚类总时长低于1 s,满足在线处理的实时性要求。该文提出的方法能够判断闸站工程渗压情况、伸缩缝与温度变化特性等,可有效发现潜在的工程安全问题或传感器故障。     

基于指示Kriging法的土壤盐渍化与地下水埋深关系研究

在北方干旱、半干旱的地下水浅埋区,土壤盐渍化是土地资源退化的主要原因,防治土壤盐渍化是农业和生态环境可持续发展的重要保障。该文以内蒙古河套灌区解放闸灌域为例,运用指示Kriging法绘制并比较了不同阈值下地下水位埋深和土壤表层含盐量的概率分布图,从概率空间分布的角度分析研究了土壤盐渍化与地下水位埋深之间的关系,从而将这方面的研究从通常的农田尺度扩大到灌域尺度。结果表明:1)土壤盐分和地下水位埋深空间变异强度均为中等,且具有中等的空间自相关性,球状模型拟合变异函数的效果较好;2)在灌域尺度上,解放闸灌域4月底土壤表层发生中度、轻度盐渍化时地下水位临界埋深分别为2.0、2.5m,西南及中东部地下水位埋深小于临界埋深的概率较大,是土壤返盐的高风险区;3)3月底地下水位埋深对土壤返盐的影响比4月底更大一些,这表明地下水位埋深对土壤返盐的影响具有一定滞后效应,只有地下水位埋深小于临界深度的状态维持一段时间,才会造成土壤中度或轻度盐渍化。     

山湖水库“一库两站”联合运行优化调度方法

针对特殊干旱年山湖水库水资源优化调度问题,提出了单座年调节水库与补库泵站、调水泵站联合运行的“一库两站”系统水资源优化调度模型.模型以年内各阶段受水区缺水量平方和最小为目标函数,各阶段水库的供水量与外调水量为决策变量,水库年可供水量、调水泵站年提水量、库站联合运行调度准则为约束条件,采用动态规划逐次逼近法求解,获得了水库最优的供水量过程和弃水量过程、补库泵站最优的补水量过程以及调水泵站最优的提水量过程.结果表明：山湖水库“一库两站”系统水资源优化调度可将系统缺水量从16万m3减小至8.6万m3,而水库弃水量从84.1万m3减小至0,泵站补水量从2 190万m3减小至2 140万m3,外调水量从380万m3增加至390万m3.该成果可为采用类似“一库两站”系统供水灌区的运行管理提供借鉴和参考.     

船闸卧式闸门水位控制建模与控制策略研究

中小型使用平面卧式闸门的船闸,如果闸门开启过快导致闸室流场的巨大变化,对闸室翼墙的安全与闸室内的船舶直接构成威胁;如果闸门开启过慢,又影响船闸通行效率。在对船闸模型进行数学分析的基础上,除常规PID控制方法之外,提出了流量内环水位外环的PID控制和基于反步法设计的非线性控制方法,达到快速且稳定的控制效果。仿真结果表明:双闭环控制策略可以保证调节过程流量不超限,非线性控制策略在快速性和稳定性上具有更大的优势。