斜式进水流道流场的可视化与模拟

讨论了斜式进水流道流场可视化与模拟的过程及实现环境,基于CFD计算结果的网格图形显示方式,分析了斜式进水流道多断面流场可视化的表达及色彩处理问题．在AutoCAD环境下,利用ObjectARX开发平台较好地实现了斜式进水流道多断面流场的三维显示、基于流线表达方式的流场整体可视化及基于计算机图形学中经典算法的实时流场的模拟．采用OpenGL色彩处理功能展示了多断面流场的特性．结果表明,流场可视化可直观形象地展示斜式进水流道内流场的分布,检验其数值模拟计算的流场特性,便于工程技术人员对数值模拟计算结果的理解,为进一步优化计算流场提供依据．     

泵站肘形流道流场可视化与仿真系统的研究

设计了肘形流道可视化与仿真的系统结构及实现环境，基于CFD计算结果，运用流场可视化与仿真中的算法实现了断面流速可视化，流道流场整体可视化与局部可视化及流场仿真功能，给出了实现效果。     

双流道叶轮的三维造型设计

分析了双流道式污水泵叶轮造型的特殊性及其特点,研究了采用三维建模软件对双流道叶轮进行三维造型的方法．用投影方法生成空间流道中线,以此作为原始轨迹,各断面形状作为混合用截面,使用扫描混合命令形成内流道．按内流道中线规律延长内流道中线到叶轮外径,以投影方法得到空间曲线作为原始轨迹,按外流道截线位置放置适当截面,由扫描混合命令形成外流道．指出在二维绘型图转化为三维造型时,叶轮可能会出现的无法形成有效内流道的问题,此时先调整断面的空间安放方向与位置,再调整断面形状和流道中线,     

喷杆喷雾机风助风筒流场分析与结构优化

针对气流辅助式喷杆喷雾机的风助风筒原始设计中存在耗气量大、效率低、风速变异系数大的缺点,采用计算流体动力学（CFD）对风助风筒内外流场的三维区域进行了仿真。仿真结果表明：原型风筒内流场存在强旋流、流道窄的缺点,并导致工作外流场风速变异系数大。针对上述两种流场的问题,提出改进设计方案：对于外流场风速变异系数大的问题,采用减小出口尺寸和出口间距,可大大减小风速变异系数,但不能从根本上改变流场结构;为克服内流场强旋流、流道窄的不足,在上述结构参数优化基础上,增加导流板装置,减小速度变异较大区域的出口间距,最终优化结果满足设计要求。样机试验表明设计方案实现了高效和风速变异小的风幕。     

双流道污水泵叶轮三维设计方法

针对传统二维设计的双流道式污水泵叶轮容易出现的绘型图与实际木模偏差问题,研究直接在Pro/ENGINEER中进行叶轮的三维设计方法.二维绘型图则由三维投影得到,保证了设计结果的一致性.设计实例经试验表明此设计法的合理性.推导了采用变异的阿基米德螺线作为平面流道中线时,中线出口角与包角和变异系数之间的关系式,为设计中控制流道出口角提供了依据.给出了变异的阿基米德螺线法线方向上到叶轮外径距离的变化规律及断面面积的计算公式,并给出了确定流道出口点的新方法.     

混流泵出水歧管流场分析及结构改进

针对排灌作业混流泵出水歧管头部涡旋严重,歧管侧面出水流道内存在较为严重的涡旋及局部脱流问题,提出了相应的结构改进方案,以提高侧面出口断面速度分布均匀性、减小流道的水力损失为目标,将建立的参数化三维模型导入至IECM中完成网格的划分,利用CFD三维湍流数值模型进行有限体积法分析,逐步改进出水歧管流道的结构。结果表明,管道的连接圆滑过渡程度、岔管的夹角会影响流场的分布,通过这2个关键因素的改进来提高出水歧管的流道性能,从而减小水力损失。     

基于Pro/E Wildfire的水泵叶轮精确建模

基于传统的叶片加工方式，从现有的二维水力木模图的型值点出发，基于Pro／E Wildfire软件，采用从点到线、从线到曲面、再从曲面到实体的方法，实现了泵叶轮空间扭曲叶片和圆柱形叶片的三维实体造型，利用制造模具的常用方法实现了泵叶轮和流道的造型，造型方法精确，为后续的流场数值模拟和数控加工奠定了基础。     

离心式叶轮三维反问题设计和数值计算

为解决离心式叶轮传统设计方法主要依赖于设计者经验以及设计周期较长等问题,采用三维反问题设计方法,根据给定的流场进行叶轮形状的设计,从而提高设计过程对叶轮性能的控制能力.三维反问题设计方法基于无黏有势流假设,将三维速度场分解为周向平均速度和周期速度进行求解,实现了在二维轴面流道上叶片形状和流场的三维计算.三维叶片形状根据速度在叶片表面满足滑移条件计算得到,同时获得该叶轮形状下其内部三维流场的计算结果.采用自编三维反问题设计程序进行了离心式叶轮的设计计算,并利用三维定常湍流数值计算技术对设计结果进行了流场模拟和性能评价,流场的模拟结果与设计方法计算结果定性吻合,验证了设计方法的有效性.研究结果表明：将三维反问题设计方法和三维湍流数值计算技术结合可有效缩短设计周期,提高设计质量,并可用于各种叶轮机械的设计.     

超厚叶片低比转数无过载排污泵数值计算与PIV实验

通过增加叶轮叶片的厚度来控制过流断面面积,从而实现低比转数排污泵的无过载特性。从样机的外特性实验结果可以看出：当过流断面面积趋于平缓变化时,流量达到1.5倍设计流量,泵的轴功率曲线即出现极值点,机组表现出明显的无过载性能。通过PIV内部流场测试技术与CFD数值计算手段,对垂直于轴线方向并通过叶轮出口宽度中间位置的截面进行了实验与预测,结果表明：设计工况下,数值计算结果不仅在外特性上与实验结果相符合,其内流场的计算也与PIV实验结果相一致;同时叶轮流道内部由于科氏力的作用导致压力面的相对速度小于吸力面, 叶轮流道内整体流场分布均匀,无明显脱流和漩涡;由于叶轮与蜗壳之间存在动静干涉问题,导致各个叶轮流道之间的流动并不呈绝对的轴对称分布。     

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。     

超声波流量计测试大型低扬程泵站流量的模型试验

针对大型低扬程泵站进水流道断面形状及流态变化复杂,难以选择时差式超声波流量计测流断面的实际情况,提出可通过对进水流道进行数值模拟来确定并优化超声波流量计换能器的安装位置,并对换能器的安装对数进行优化.结合南水北调东线工程宝应泵站水泵装置模型试验,对两款时差式超声波流量计与高精度水力机械试验台流量测试设备进行了对比测试.结果表明,两款流量计最大相对误差分别为1.60%和0.39%,均具有较高的测试精度,稳定性也较好,能满足泵站现场测试的精度要求.     

Orthogonal optimization of flow uniformity at exit section of elbow-inlet passages

Elbow-inlet passage is widely used in large drainage pumping stations.Flow uniformity at the exit section directly determines its hydraulic performance.Flow uniformity must be optimized to improve the operational efficiency of the large axial-flow pumping station.Modeling and numerical simulation methods were used to investigate the elbow-inlet passage,and the accuracy of the calculation results was verified.The key geometric parameters affecting the uniformity of the flow were optimized by the orthogonal experiment design.The optimal schemes were obtained and compared with the original scheme.The results show that flow uniformity V u after optimization is 95.41%,which is increased by 1.04%.The pumping station efficiency is increased by 1.89%,thereby confirming the applicability and accuracy of the proposed scheme,especially for the optimization of flow uniformity of the exit section of the elbow-inlet passage.     

水泵进口预旋及涡流强度测试新技术

设计不良的泵站进水建筑物 ,在不带泵运行的情况下 ,也会引起水泵进口水流预旋和吸水管内涡流 ,改变水泵的进水条件 ,恶化水泵的能量特性和汽蚀特性。提出了观测泵进口水流预旋和测量泵进口涡流强度的新技术。通过丝线流场显示技术 ,观察喇叭口进口水流的预旋 ;采用旋度计测定水泵吸水管内涡角的大小 ,可定性和定量地评判水泵进水设计 ,优化进水设计方案 ,确保水泵有良好的进水条件 ,提高水泵装置运行的安全性和可靠性。     

泵站多功能压力集测仪

介绍了一种适用于泵站和电站的测量多种压力量和在压力管道的收缩段或弯头处利用差压法测量流量的智能仪器的原理和构成，可对双路测试通道进行巡测，能适应不同量程及与不同输出量的传感器配套使用，并且具有通讯及打印输出功能。     

联合运行泵站前池优化数值模拟研究

基于 N-S方程和标准的 k-ε紊流模型 ,采用交错网格系统 ,对联合运行泵站前池的各种复杂流态进行了数值模拟 ,优化了前池布置形式 ,并对工程措施的改善流场进行了计算。计算和模型试验均表明采用整流措施的优化方案是切实可行的。研究成果可应用与类似泵站兴建与改造 ,具有较好的推广应用价值     

多机组泵站正向进水阵列式隔板整流模拟及试验验证

针对多机组正向进水泵站前池内存在不良流态的问题,采用CFD与模型试验相结合的方法,对不同开机工况下的泵站前池流场进行了研究,提出一种利用阵列式隔板整流的措施,并评判了阵列式隔板整流的效果.计算结果表明:在4种不同开机工况下,前池内均存在大范围的回流与旋涡区,前池出口断面流速均匀度为38.42%～57.39%,水泵进水条...     

高效平面S形轴伸泵装置优化设计与模型试验

平面S形轴伸泵装置是低扬程泵站的重要装置,现有的平面S形轴伸泵装置效率较低,难以推广应用。对传统的S形弯管和流道进行优化设计,提出平面S形轴伸泵装置方案,通过CFD数值模拟计算,获得了全流道内部流场,显示了优良的流动特性,进水流道出口轴向流速均匀度达到99.2%以上。泵装置在高精度水力机械试验台进行试验,其性能在水泵叶片角2°下流量Q=244.21 L/s,扬程H=2.003 m,最高装置效率为78.35%。在叶片角-2°下,流量Q=232 L/s,扬程H=1.05 m,效率为68%,满足设计运行工况运行要求;叶片角-2°下最高效率点出现在Q=213.79 L/s、扬程H=1.74 m,效率为77.1%。泵装置最高运行扬程大于3 m,满足泵站最高扬程运行要求。模型泵装置试验的结果,验证了数值计算结果,二者在高效区一致。在叶片角度-4°、-2°、0°和2°,扬程1.7~2.0 m时,模型试验最高泵装置效率为77.1%~78.35%,达到实际工程应用的较高要求。高效平面S形轴伸泵装置在黄金坝闸站实际工程应用表明,泵机组运行平稳,性能良好。     

梯级泵站优化调度软件设计及应用

以分解 -协调法为求解计算的理论基础 ,并利用VB和Fortran语言相结合的方法开发了梯级泵站优化调度可视化软件 ,软件中主要包括机组装置效率的模拟、单个泵站的运行优化、梯级泵站的运行优化和一些辅助功能 ,可帮助泵站运行管理人员科学制定泵站运行方式     

大型泵站机组振动测试方法

江苏省皂河抽水站是我国最大的混流泵站,安全鉴定成果对其更新改造项目的内容和深度起着关键作用。以皂河抽水站为例,在全面调研分析基础上,对主机组的检测内容和项目作了分析。针对大型机组的特点,对机组现场振动、噪声检测采用了国际上先进的虚拟仪器进行测量,并采用先进的软件进行了频谱和小波分析。分析认为,可根据具体情况对泵站提前进行安全鉴定,而不限于投运25年以后;皂河站水泵机组在-8°的叶片角度下运行,相对比较稳定。     

装备封闭式吸水罐的泵站水力学特性

针对吉林省某高扬程调水泵站进行了CFD数值计算.在网格无关性检查的基础上,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对单泵运行、2台泵和3台泵同时运行的不同工况进行计算.从水力损失、流线图、流速分布均匀度和速度加权平均角度等方面对比分析了这些工况的水力损失和内部流场的差异.研究结果表明,边机组在吸水罐内没有正对喇叭管的旋涡,对应的吸水管内流线较为光顺,未发生“S”型扭曲.对于单泵或多泵组合运行,边机组和边机组组合运行时的流速分布均匀度和速度加权平均角度最高,比中间机组和中间机组组合运行时的分别平均高1.8%,5.602°.因此,装备封闭式吸水罐的泵站,中间机组的流态较边机组恶劣,而边机组的流态反而较好.这一结论与常规开敞式泵站恰好相反.针对这类泵站,若需要单泵或者是2台泵运行时,建议优先考虑1台边机组或2台边机组组合的运行方式.