复杂土壤分布特征及暗管排水响应模拟

盐碱地中障碍土层的存在可能会导致排水工程无法充分发挥其应有作用,这对其治理提出了很大挑战。以宁夏回族自治区红寺堡为研究区域,实地取样调查了不同点位的复杂土壤分布特征,基于HYDRUS二维模型分析了不同黏土层位置对于暗管排水流量的影响作用,并提出复杂土壤条件下的排水建议。结果表明,土壤存在弱透水层且无其他治理措施时,土壤盐分普遍偏高,弱透水层的位置不具有固定位置和特征,总体来说,弱透水层厚度以10～20 cm偏多。当黏土层位于暗管层时,10 cm黏土层就会导致暗管排水量减少20%,暗管上部10 cm位置处的黏土层对于暗管排水效果影响最大,较常规地下排水量减少22%;当黏土层位置超过2倍暗管埋深时,对于暗管排水量的影响较小。根据不同弱透水层的位置,合理设置排水排盐方式对盐碱地改良具有重要意义。     

不同运行工况下轴流泵叶轮的模态分析

为了研究不同工况下预应力对轴流泵叶轮模态的影响,采用基于流固耦合的算法理论,结合在Work Bench平台中添加ACT插件的数值计算方法,计算并分析了泵装置在不同工况时叶轮的模态。研究结果表明:预应力的施加确实可以使叶轮产生"应力刚化"现象,但这种现象产生的实际效果并不明显,即使是在飞逸这样极端工况下,叶片固有频率的变化依然很小;额定转速时叶轮、导叶的叶片通过频率分别为5、8.33 Hz,远远低于叶轮的各阶模态固有频率,因此在实际运行时几乎不会发生共振现象。     

立式轴流泵进水流场PIV测量

采用3D-PIV激光流速仪对立式轴流泵喇叭管和进水池内部流动进行了测量,2个典型流量工况下的测量结果表明:设计流量(Q0)工况时,叶轮进口断面流速场呈对称分布,断面轴向流速均匀度达到0.87,无旋涡发生,喇叭管内及泵叶轮进口水流流态良好;大流量(1.2Q0)工况时,叶轮进口断面流速场呈非对称分布,断面轴向流速均匀度仅0.70,流道及喇叭管内有较强的旋涡产生,并进入叶轮诱发振动。分析了旋涡核心区的细部流动结构,导出了旋涡的数字形态,揭示了涡核内水流圆周分速度的分布规律,涡核中心的流速接近为零,圆周分速随涡核半径增加而增大,在半径3~5 mm范围内速度梯度最大,旋涡的强迫涡特征十分明显。提出了基于流量的单元面积加权流速均匀度及相应的计算公式,使过流断面流速均匀度的计算结果更为合理、更加符合实际。     

导叶叶片数及导叶相对位置对低扬程轴流泵装置性能的影响

为研究导叶叶片数及导叶相对位置对轴流泵装置性能的影响,设计了3个不同导叶数方案和4个不同导叶相对位置方案,采用计算流体动力学软件分别对每个模型在0.8Q_d~1.2Q_d之间的5个工况进行计算.根据数值计算结果,选择最优模型,即导叶数为5,叶轮出口距导叶距离为0.086D的泵装置模型进行能量特性试验,并将试验结果与数值计算结果进行对比分析.结果表明:当轴流泵叶轮叶片数一定时,增加导叶数,将使导叶水力损失增大,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;当叶轮叶片数和导叶数一定时,叶轮出口至导叶进口距离过大或过小时,将使导叶水力损失增大,导叶出口速度环量减小,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;试验结果与数值计算结果的误差在4%以内,验证了数值计算的可靠性、准确性.研究结果可为泵装置的导叶水力设计和效率提高提供一定参考.     

悬空高对泵装置流道内流特性的影响

采用单因素比较法对6种不同喇叭管悬空高的立式轴流泵装置进行了全流道的CFD数值计算和喇叭管中心区域的PIV流场测试,分析了不同方案各工况时箱涵式进水流道内附底涡的初生位置变化情况。结果表明:相同工况时附底涡初生位置因喇叭管悬空高的不同而改变;在相同喇叭管悬空高时涡核中心起始位置因工况的不同而改变;喇叭管悬空高度越低,喇叭管底部的速度梯度变化越剧烈。箱涵式进水流道的喇叭管悬空高度建议取0.8D(D为叶轮名义直径),宜在该类型的进水流道内设置消涡装置。数值计算和PIV流场测试获得的测试区流场的速度分布及附底涡核线轨迹基本相同。     

轴流泵叶轮的三维多参数设计及试验

为解决南水北调某泵站改造工程中轴流泵的设计问题,利用BladeGen软件进行了轴流泵叶轮的三维多参数设计,建立了轴流泵全流道模型并进行结构化网格划分、数值模拟和试验验证,分析了不同叶轮参数对轴流泵外特性的影响,并对影响较大的参数即翼型中心线角度方程的3种方案进行了叶片压力和流速分布对比分析及空化性能分析.计算结果表明:通过对比,最终确定叶轮选取方案6,即轮毂比为0.40,叶片轮缘截面中心点处厚度为10 mm,叶片翼型B;该轴流泵在设计流量工况下,扬程为4.90 m,装置效率为79.76%,叶轮效率为92.19%,符合设计要求,且与试验结果基本一致;利用BladeGen软件可对轴流泵叶轮进行较为精确的三维化设计,可减小原始叶轮设计及优化过程中反复建模的工作量,提高了轴流泵叶轮优化的效率.     

适用于高扬程的贯流泵设计及试验

贯流泵具有装置效率高、结构紧凑、平面尺寸小、水力性能好等特点。本研究运用CFD数值模拟方法,设计适用于7~10 m高扬程的定桨式灯泡贯流泵,并重点针对叶轮进行优化设计。分析对比了不同方案的泵装置外特性、叶片静压分布等。最后结合模型试验验证高扬程贯流泵数值模拟优化设计的可靠性。从而得出结论,所设计的最优贯流泵设计扬程为8.22 m,装置效率为83.45%,叶轮效率为91.46%,高效区范围较广。模型试验最高效率点为83.22%,设计扬程下效率为81.98%,误差范围较小。可表明数值模拟对贯流泵的性能预测精度较高,同时验证优化设计的有效性。