灯泡贯流泵装置内部流动及水力特性

为了深入研究灯泡贯流泵装置内部流动与水力特性之间的联系,采用数值计算、性能试验与PIV流场测试方法,获得了灯泡贯流泵装置在大流量、小流量和最优工况下的流动和水力特性.采用RNG紊流模型和SIMPLEC算法,基于多旋转坐标系模型,计算了灯泡贯流泵内部定常流动.分析了泵装置内部流动,指出小流量工况下泵叶轮的进口有较大范围的旋涡区,出水灯泡体内流态较为紊乱;而在最优工况及大流量工况下,泵装置内未见明显回流区.研究表明,灯泡贯流泵进水流道水力损失符合传统管道内局部水力损失规律,而出水流道的水力损失表现为与泵装置运行工况相关的规律,最优工况点附近损失最小,小流量和大流量工况点水力损失均较大.计算结果与二维PIV流动测试结果均表明在小流量下进口近泵壳侧有明显的回流区,而在叶轮出口靠近轮毂处有大面积的脱流.因此,灯泡贯流泵装置优化水力设计应当重视小流量工况下叶轮和导叶处的流动特性.     

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。     

大型泵站斜式出水流道优化水力设计

采用三维紊流数值模拟的方法 ,模拟了某大型泵站 15°斜式出水流道内的三维流动形态 ,指出由于流道型线设计不当而导致了不良流态。通过建立斜式流道几何模型并借助于三维紊流数值模拟方法 ,逐一改变流道的几何尺寸 ,根据流道内流态的改变情况逐步优化流道型线 ,实现了斜式流道的优化水力设计     

真空有压管道内伪空化水流试验研究

为了研究真空有压管道内水流特性,采用不同安装高度及上下游水位差进行系列试验研究,量测出各工况下的管道过流流量、压强及压降大小,并对试验结果进行研究和分析。试验结果表明,管道水流在各工况下的最小压强大于水的饱和蒸汽压,空化数大于管道初生空化数,管道水流发生伪空化现象,根据气泡形状和分布把管道水流分为气泡流和气团流;当上下游水位差一定时,随着管道安装高度的增高,管道内水流流量逐渐减小;当安装高度一定时,上下游水位差增大,管道压降增加致使管道流量增大;在上下游水位差作用下,管道通过小流量时,管道安装高度对压降影响很小,当管道通过大流量时,管道断面压降随着安装高度增加逐渐增大;气泡存在增大了水流阻力,阻力随着管道流量的增大呈先增大后减小的规律。     

基于CFD的泵站开敞式进水池后壁形状的优化设计

基于CFD手段,采用雷诺时均N-S方程和表示自由水面的VOF模型,并以RNG k-ε双方程紊流模型封闭方程组,首先模拟了泵站开敞式常规进水池的水流流动,针对进水池后壁流线被压缩和进水池后壁两边角出现水流旋涡的现象,提出了对后壁体型的一种改善措施,从而有利于水流条件的改善,提高了水泵的工作效率.研究结果可为相关设计和实践应用提供参考.     

南水北调工程保水堰水力特性研究

南水北调天津干线采用分段低压输水方式后，保水堰作为有压管道中的衔接性水工建筑物，结构独特，流态复杂，在输水系统中起着关键作用。本文通过保水堰的水工模型试验和数值模拟，得到了保水堰的水力特性，即保水堰的局部水头损失系数、流量系数和水流流态随着水位而变化的规律，其成果对长距离调水水力计算和工程设计有重要的意义。     

三种紊流模型数值模拟明渠弯道三维水流的比较

采用不同的紊流模型:标准k-ε模型、RNGk-ε模型、Reynolds应力模型,结合VOF方法跟踪处理自由表面,数值模拟了明渠180°弯道水流的复杂流动状态。将数值模拟的结果与试验资料进行比较,分析了不同紊流模型的计算精度。研究表明,标准k-ε模型无法准确地预测具有复杂二次流特性的紊流流动,Reynolds应力模型和RNGk-ε模型,能够有效地预测具有强曲率影响的明渠弯道三维水流运动。     

大型泵站肘形进水流道三维紊流仿真计算

通过肘形进水流道三维紊流仿真计算，定性分析流道内部流态，定量计算流道出口轴向流速分布均匀度、出口水流偏流角和流道的水头损失，能预测肘形进水流道的水力特性，为流道水力设计优化和模型试验提供了依据，可以缩短模型试验周期和试验费用。     

泵站进水流道差压与流量关系曲线回归方法研究

大型泵站在采用进水流道差压法测流时，必须作回归计算，回归计算法直接影响到差压法测流的精度。提出一种相对误差最小的回归方法。理论分析与实例计算表明，本方法可改善回归效果，提高泵站进水流道差压与流量关系的回归计算精度。     

水泵转速变化对进出水流道水力损失的影

在比较各种进出水流道水力损失研究方法的基础上,运用计算流体动力学方法数值模拟了4种水泵装置内部流动,研究水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响。数值计算结果表明,由于水泵装置中进水流道内部流动受水泵叶轮旋转引起的水流预旋的影响,因而小于无泵单独运行时的水力损失。水泵转速变化后,在相同流量下,进水流道的水力损失基本不变。水泵导叶出口水流条件和剩余环量影响出水流道的水力特性,水力损失随流量变化的关系非常复杂。水泵转速变化后,出水流道内部流动不相似,相同流量下的水力损失不相等。装置模型试验结果验证了数值计算结果的有效性和可靠性。     

孔口式滴灌管沿程压力水头分布及允许最大铺设长度研究

从微灌工程水头损失计算的通用公式出发,通过对孔口出流实际水头线的简化,用微分法建立了毛管沿程水头损失的一般方程,根据能量方程得出了沿程压力水头的计算公式,且给出了在不同坡度下,毛管允许最大铺设长度的确定方法。为判断滴头出流能否满足流量允许偏差率或计算灌水均匀系数提供了依据,同时利用本文提出的方法确定出允许最大长度,并利用该长度布置管网,可以节省投资,为滴灌工程的设计提供一定的理论参考。     

滴头锯齿型迷宫流道消能特性的流体动力学分析

在对所选取的3种代表性锯齿型迷宫式滴头流道参数进行精确测定的基础上,利用圆管紊流理论和CFD流场模拟软件对锯齿形迷宫流道的消能机理进行了研究。结果表明：光滑圆管紊流理论不足以解释锯齿型迷宫流道的消能机理;压力沿流道长度方向呈线性递减,各消能尖角单元压力损失相等,符合线性叠加规律;摩阻系数随着压力增加而降低,并很快稳定在一定数值上;在中、高压区滴头流道内部流动为紊流,在低压区可能存在从层流到紊流或者光滑紊流到全紊流的流态转捩行为。     

关于调压管水力计算公式的探讨

调压管的配置是否合理.影响着滴灌系统的灌水均匀度和工程造价。本文根据室内测试的大量数据,分析归纳成适用于两种不同情况下的调压管水力学计算公式,做为对现行公式的完善与补充,供广大滴灌设计者参考使用。     

离心泵叶轮平衡腔内液体流动特性及圆盘损失分析

在离心泵0.8Qsp、Qsp、1.2Qsp流量工况点,外特性及平衡腔内流动特性数值计算结果与试验结果基本一致的基础上,研究平衡腔液体流场分布情况,绘制平衡腔内液体不同角度和半径无量纲圆周、径向分速度沿轴向分布曲线,分析平衡腔液体流动特性,计算平衡腔区域叶轮盖板外侧圆盘摩擦损失。结果表明:平衡腔液体流动存在核心区和两湍流边界层,主要流动特征为圆周剪切流与径向压差流。同一流量点,平衡腔流动核心区无量纲圆周分速度随半径的增大而减小,无量纲径向分速度近似为零,而湍流边界层液体受泄漏流影响较大,且不具有轴对称性。流量越小,同一角度和半径的平衡腔液体旋转角速度越小,平衡腔区域叶轮圆盘摩擦损失越大。泵内圆盘摩擦损失理论公式未考虑流量工况变化因素影响,且理论公式结果大于试验结果和数值计算结果。     

连接引水管道的水轮机暂态过程计算

考虑水轮机工况变换过程中引水管道内瞬变流与机组内部暂态流动的相互影响,对管道瞬变流采用特征线法求解,机组内部暂态流动采用三维不可压缩流动的有限体积法求解,按照管道与机组连接处流量连续和水头平衡的原则,建立了管道瞬变流与机组内部三维暂态流动的耦合计算模型.并分别采用建立的耦合计算模型、电站常规过渡过程计算模型和常规三维流动计算模型对带有引水管道的水轮机甩负荷导叶关闭工况进行了仿真计算.结果表明:3种计算方法得到的机组压力、转速等宏观参数变化趋势一致,但采用耦合计算模型时,由于考虑了管道内水击压力的反射和叠加,导叶关闭过程中蜗壳进口的压力上升更高,机组内的压力脉动也更剧烈,能够更真实地反映动态过程中管道瞬变流与机组内部三维暂态流动的相互作用.     

螺旋管内气液两相流动阻力特性实验

以空气和水为工质,对螺旋管内气液两相流动阻力特性进行了实验研究,得到了不同工况条件下螺旋管内阻力数据,分析了质量流量及干度对管内阻力的影响,采用回归分析法建立了螺旋管内摩擦阻力系数关系式,确立了摩擦阻力与相关物理量的函数关系,在此基础上建立了螺旋管内气液两相流动摩擦阻力的计算公式,并用未参加回归分析的实验数据验证了该阻力计算公式。结果表明,螺旋管内气液两相流摩擦阻力随干度的增加呈线性增加,随质量流量的增加呈指数增加,所建立的管内摩擦阻力计算公式的计算值与实验值吻合得较好。     

井灌区低压环状管网优化设计方法的研究

本文对低压管道输水灌溉环状管网的经济性进行了分析研究,得出对集中轮灌的井灌区,在一定条件下环状管网优于树状管网的结论,推导出单环和双环管网流量分配系数公式和经济管径的通用计算公式。     

阀门小开度对突扩管流下游脉动压力特性的影响

为了分析阀门开度对变截面管流下游脉动压力特性的影响,提高管路水流的稳定性和输送效率.进行了不同阀门开度对突变截面圆管下游流动的脉动压力特性试验,以清水为流体,并以不同阀门开度和距突扩距离的长短为变量,测试了突扩管流不同位置的脉动压力幅值.研究结果表明:变截面管流下游流体脉动压力过程曲线具有随机平稳特性,使用阀门调节流速会使各点脉动压力周期变长;阀门会使变截面管流下游产生50 Hz左右的脉动压力,流体脉动压力幅值与阀门开度正相关;随着距突扩距离的增加,流体压力脉动强度先增大后减小;随着阀门开度的增加,脉动压力能量分布频域逐渐变宽,流体流过突扩后的脉动压力恢复长度变长.     

管道中非定常流动的计算分析

对管道中非定常流动进行了研究,导出了流体在管道中流动时,实用的特征线法的计算方法和公式。该方法是从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和连续性方程出发,结合流体实际流态状况及摩擦损失函数等,将难以求解的流体偏微分方程组转换为便于工程数值计算的等价差方程组,从而解决了液压管道中液体非定常流动的计算问题,它能很好地满足实际工程计算需要,是研究液压系统动态问题的一种有效方法。     

灯泡贯流泵装置内部流动数值模拟

基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、RNGk-ε紊流模型和SIMPLE算法,对一灯泡贯流泵装置模型的内部三维流场进行了全流道数值模拟.对同一转速下流量为20~35 L/s范围内的7个工况点的扬程、轴功率和效率等性能参数进行了预测,分析了泵装置内部速度场的分布.计算结果表明：在最优工况点,泵装置内部水流流态较好,压力分布也比较均匀;而在小流量和大流量工况下,包括灯泡体在内的出水流道内流态紊乱,出现偏流、脱流和旋涡等不良流态.为了验证计算的准确性和可靠性,对该装置模型进行了性能试验,并将数值模拟计算结果与模型试验的数据进行了对比,两者在高效区附近吻合较好,但在小流量和大流量工况下存在偏差.