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。     

泵站前池流态的数值模拟

应用水平方向上是正交贴体坐标系、垂直方向上是笛卡尔坐标系的混合数值网络系统和三维紊流数值模拟的方法，模拟了泵站前池水流流态。计算结果表明，对具有复杂几何边界的泵站前池水流，特别是前池中设置几何尺寸相对较小的底坎、导致墩等情况，方法非常适合，可以较好地模拟出局部区域复杂的水流流态，生成网络的计算工作量小，能非常方便地进行了不同整流方案的计算比较，实用性强。     

泵站前池与进水池整流数值模拟

针对田山一级泵站采用闸门控制前池与进水池水位形成了闸下射流的引水特点,提出了改善前池与进水池水流流态的整流工程措施.采用雷诺时均N-S方程,结合标准k-ε湍流模型,对整流前后的前池与进水池水流流态进行了数值模拟,计算中不考虑泥沙对水流运动的影响.结果表明,采用非连续底坎、非连续挑流坎与压水板等3种整流措施相结合的方式后,前池与进水池的闸底射流长度明显变短,表面回流基本消失,断面流速分布趋于均匀,且前池与进水池底部及水泵进口附近的流速明显减小.现场试验也表明,在实施整流措施后,在两种运行工况下,泵站装置效率分别提高了1.82%和5.96%,机组振动幅度分别下降了21和52μm,且池内泥沙淤积基本消除.     

泵站正向进水前池流态的数值模拟

应用正交曲线坐标系下的二维水深平均数学模型对泵站的前池流态进行了数值模拟。采用Poisson变换生成正交网格，SIMPLEC方法求解离散方程。根据模拟出的流速场图和断面平均流速分析了泵站正向进水前池扩散角以及开机决策对前池流态的影响，结论与由试验经验所得的泵站设计理论完全一致。     

泵站前池流态的数值模拟

应用水平方向上是正交贴体坐标系、垂直方向上是笛卡尔坐标系的混合数值网络系统和三维紊流数值模拟的方法 ,模拟了泵站前池水流流态。计算结果表明 ,对具有复杂几何边界的泵站前池水流 ,特别是前池中设置几何尺寸相对较小的底坎、导致墩等情况 ,方法非常适合。可以较好地模拟出局部区域复杂的水流流态 ,生成网络的计算工作量小 ,能非常方便地进行不同整流方案的计算比较 ,实用性强     

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。     

水泵站前池三维流动计算和试验

为消除水泵站前池的水流在扩散过程中产生的回流、游涡，提出了在前池中设置多组底坎的措施。对设置底坎前后的复杂流动进行三维紊流数值模拟计算，并通过水力模型试验加以验证。计算结果和试验结果十分吻合，有效地消除了回流和旋涡，流态显著改善。     

泵站正向进水前池"V"形导流墩整流数值模拟

基于CFX软件,运用N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对某泵站正向进水前池流态进行数值模拟,分析无整流措施下前池的流动特性,研究增设"V"形导流墩的位置、长度、分叉角度等因素对前池流态和机组进口轴向速度分布均匀度的影响.计算结果表明:无整流措施时,泵站前池面层流态较好,底层两侧存在大区域回流;"V"形导流墩具有良好的...     

改善泵站前池运行工况的措施

针对泵站运行中前池存在水流紊乱以及泥沙淤积等主要工程问题，提出：根据水源水位变幅大小，合理选取扩散角和底坡是前池设计中的关键环节。介绍了聊城市泵站建设及改造中对不同情况采用的改善前池工作条件的工程措施。实践证明：在扩散型前池中建成倒坡池底；泵站若是侧向引水或部分机组运行，设置纵向导流墙；如果引水渠渠底与进水池池底高程相差较大且前池又较短。在池底斜坡上修建横坎。都是改善池中水流扩散和减少泥沙淤积的有效办法。     

立柱对大型泵站前池和进水池流态影响的数值分析

为了研究泵站工程前池内部流态对水泵机组的效率及水力稳定性的影响.以某大型泵站为研究对象,基于3种不同增设立柱方案对前池进行整流.研究结果表明:增设立柱对前池流态有较好的改善作用,并降低了吸水喇叭管进口及水泵进口处的涡量强度,有利于提高机组水力稳定性.在保证流动损失几乎不变的情况下,等间距单排方案、等间距双排方案与非等间距双排方案的流速分布均匀度分别提高了3.13%,3.91%和4.95%,平均偏流角分别减小了1.45%,2.11%和2.66%.非等间距双排方案计算的叶轮进口压力脉动强度较等间距单排方案显著降低,其脉动系数峰值由0.016减小为0.006.对比结果显示,非等间距双排方案在前池整流中有较大优势.因此在前池中增设非等间距双排立柱可使前池流速分布较为均匀.研究结果可为类似前池设置水力优化措施提供参考.     

泵站出水流道三维不可压缩湍流流场数值模拟

泵站出水流道的设计是整个泵站设计的重要组成部分。为了优化泵站出水流道的水力设计，对其三维正命题的求解采用了雷诺平均N—5方程，并以标准k—ε湍流模型使方程组闭合。在以压强连接的隐式修正法(SIMPLE—C)算法建立的压力速度校正方程上，求解流道内三维不可压缩湍流流场，揭示泵站出水流道内部的流动形态，进一步对数值模拟的结果分析，由此找出水力设计过程中存在的问题并提出相应的改进方法。     

泵站钟形进水流道三维湍流数值模拟与试验研究

采用雷诺方程(RANS)和标准k-ε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,揭示了钟形进水流道特征断面的速度分布规律。采用五孔探针实测了流道特征断面流速分布,并以流道出口速度均匀度和速度加权入流角为目标函数,分析比较了各方案的数值计算与试验实测结果,提出了钟形流道喇叭口悬空高的合理取值范围。     

泵站新型箱涵式出水流道三维湍流数值模拟研究

采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,数值模拟了新型箱涵式出水流道5种不同喇叭管悬空高度和无喇叭管方案、4种不同后壁距以及3种不同后壁型线流道内流场,预测了旋涡发生位置和形态,分析了流道纵向剖面、喇叭口及出水柱状面上速度分布规律。数值计算得出了各方案流道摩阻系数,并与试验结果进行了比较,提出了新型箱涵式出水流道优化设计方法。     

湖南苏家吉泵站进水流道流态模拟

应用雷诺平均N-S方程和标准后k-ε紊流模型，建立了泵站进水流道水流运动数值模拟的三维湍流模型和边界条件，并用有限体积法进行离散，结合SIMPLEC算法，模拟并分析了大型泵站——湖南苏家吉泵站进水流道三种工况下的水流流态。研究结果表明，利用该数学模型对泵站进水流道进行模拟的结果与实际运行数据相吻合。可以减少物理实验所带来的投资。研究结果还有效地揭示了进水流道内部流动的本质、并为实际工程提供了可资借鉴的结论与建议。     

进水池表面吸气涡数值模拟与试验

为了有效地消除表面吸气涡,对进水池内流场进行了数值计算,模拟了表面涡吸气的动态过程;建立了试验模型,验证CFD方法的可靠性;并提出了圆形盖板消涡装置,探求其有效性;采用了螺旋度密度分析法,揭示了表面涡的吸气及其抑制机理。结果显示:采用的CFD方法可以较好地预测表面吸气涡的动态过程;吸气准备阶段,自由水面出现凹陷,喇叭管进口附近形成螺旋度密度管;随着气体从自由水面进入水体,自由水面下方形成另一螺旋度密度管;当连续气柱形成时,两个螺旋度密度管相互连通,形成气体通道;通过在自由水面和喇叭管进口之间放置一定尺寸的圆形盖板装置,可以消除表面吸气涡。     

灌排双向泵装置出水室数值模拟研究

出水室是影响泵装置效率的主要因素之一 ,对泵导叶后动能的回收起重要作用。采用雷诺时均方程结合 k-ε紊流模型方程研究了双向泵站出水室内的流动状况 ,提出了独特的曲线型出水结构。实验结果表明其模型装置效率最高 ,与数值模拟研究结果相吻合     

双向贯流泵装置水力性能的数值分析

在不同直导叶下，应用全流场三维湍流数值模拟方法，进行了轴伸式贯流泵站双向运行的三维湍流内部流动研究及性能预测，探讨了导叶型式对泵站性能的影响，并与弯导叶进行了比较。结果显示，导叶对改进流道内的流态有明显效果，可消除流道内的反向流动，使流动变化均匀；弯导叶对泵站正、反向运行性能反应敏感，直导叶下泵站正、反向运行性能较为接近，对泵站性能影响较小，为双向运行时间较为接近的泵站可选方案。     

大型泵站钟形进水流道三维紊流数

结合无锡市城市防洪工程中的仙蠡桥泵站钟形进水流道，采用雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型，运用SIMPLEC算法，对几种不同流量工况下的流道内流动进行了数值模拟，揭示了钟形进水流道内流场特征断面的速度分布及水力损失规律。研究结果表明：此进水流道在流量变化很大的情况下，能保持稳定的流态，从而较好地适应各种运行条件。此外，此流道的出水存在一定程度的偏流现象，可作进一步的水力优化。     

双泵共用进水池三维紊流数值模拟和试验研究

采用三维不可压粘性流Navier-Stokes方程和非结构化网格,数值模拟了双泵共用进水池的流场,分析了前池底坡和机组不对称运行对水泵进水条件的不利影响,计算了水泵吸水管内的涡角,并利用模型试验结果,验证了数值计算的可靠性和有效性。研究结果表明,数值计算可为理论分析和模型试验研究提供重要的参考依据;双泵共用进水池对后面水泵的进水条件不利,在进水设计中应引起重视。