核主泵水力优化技术与水力稳定性研究进展

随着人们对能源安全、环境保护和可持续发展的关注不断增加,核能作为一种清洁、高效的能源形式备受瞩目。核主泵作为核电站的重要组成部分,其水力性能的好坏关系到整个核电站是否能够长期安全稳定高效的运行。本文针对核主泵水力优化技术与水力稳定性的研究进展开展论述,介绍了核主泵水力性能的影响因素及其研究方法。以水力优化设计与压力脉动特性等方面为切入点深入探讨了核主泵水力优化技术与水力稳定性的研究现状,并简要介绍了核主泵压力脉动的形成原因;总结了已有的研究成果,并根据现有的研究基础展望了核主泵未来的技术发展趋势。

基于多目标遗传算法的屏蔽泵叶轮水力优化

为改善屏蔽泵叶轮综合水力性能,搭建了ANSYS-Workbench与iSIGHT联合优化平台,采用优化拉丁立方设计对叶片骨线、前后盖板及叶缘厚度等共28个备选参数进行敏感性分析.基于各参数对目标函数影响程度,确定叶片前盖板及骨线处等9个参数作为最终优化输入参数,选取Kriging代理模型与非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ对效率及扬程迭代寻优,最终依据不同权重分配给出2种叶片优化方案.通过数值模拟验证,优化方案1与方案2在额定工况下效率分别提升1.98%和2.83%,扬程分别提升15.73 m和13.39 m,运行区间水力外特性均有明显提升.研究结果表明:前盖板参数z 3对效率及扬程影响最大,分别达到-18.99%与-30.10%;使用Kriging代理模型的预测精度最高,总误差E 0值为3.393%;在0.83 Q BEP~1.12 Q BEP运行区间,方案1与方案2的扬程明显高于原方案,方案1在最优流量工况的优化效果最为显著,达13.89%.

考虑河道影响的泵站进水前池水力优化设计研究

轴流泵站在平原地区灌溉排水、城市供水及防洪等领域应用广泛,但现有对泵站的设计普遍基于前池进口入流均匀的假设,未能充分考虑河道引水至前池过程中的非稳定流动性。文章采用CFD(计算流体动力学)技术对某轴流泵站前池进行水力优化研究,通过建立河道与前池的耦合模型,分析在河道与泵站前池主流方向呈垂直布局的情况下,河道对前池水力性能的影响。研究发现,在此布局下,前池水力损失有所增加,但轴流泵装置转轮进口处的轴向速度均匀度和速度加权平均角受到的影响较小;增设底坎的措施能稳定前池流动性,减少水力损失,同时改善轴向速度均匀度和速度加权平均角。

基于BIM与CFD模拟的空调制冷机房水力优化

高效的输配系统是高效空调制冷机房的重要组成部分,空调制冷机房的水力优化对于降低水泵输送能耗的意义重大.本文针对某空调制冷机房原设计方案管路局部阻力偏大的问题提出水力优化方案,基于建筑信息模型(building information model,BIM)技术对原设计方案与优化方案进行对比分析.通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟对优化方案中并联斜三通内部流动进行分析,得到其实际的流动阻力.优化后的机房在设计工况下的冷冻水系统阻力比原方案减少39.64%,冷却水系统阻力比原方案减少29%.该方案可为类似的工程设计提供参考依据.

大型斜轴伸泵站典型故障分析及水力优化研究

本文以太浦河泵站为例,对大型斜轴伸泵站的典型故障进行分析和水力优化研究,建立了符合运行检修情况的真实故障树逻辑关系模型;对水导轴承密封泄漏问题,构建三维模型进行模拟仿真,分析轴瓦不同磨损程度的沟槽泄漏受力情况,对模拟结果提出了相应的水力优化措施,并在实际修复工作中取得了良好的应用成效。

集中供热系统中管道水力优化与能效提升技术探讨

本文深入研究了集中供热系统中关键问题,如管道水力不优和能效低下等问题,并提出相应的解决方案。通过引入先进的水力计算模型,结合智能管道设计参数优化,实现了系统水力性能的全面提升。同时,采用高效保温材料、智能控制策略以及余热回收技术,有效提升了系统整体能效。本文提出的集中供热系统优化技术不仅能够解决传统设计的局限性,还为实现系统能效的显著提升提供了有力支持,具有广泛的工程应用前景。

泵闸联合体中双向引排水泵站进水系统的水力优化研究

为了改善侧向进流式泵站前池内的绕流和回流等不良流态,基于RNG k-ε模型对泵闸联合体泵站运行的流态进行数值模拟,提出适用于侧向收缩进流式泵站前池的整流措施。数值计算结果表明:泵站前池内存在由于侧向收缩引起的绕流,并向下旋流在进水池内形成回流,致使泵站边机组流道的轴向流速均匀度较低,进流条件不佳。在进流收缩区布设导流墩可有效改善绕流现象,抑制回流形成,提高进流均匀性;通过对导流墩长度进行优化,并采取水工模型试验验证了优化方案的整流效果。研究成果可为泵闸联合体侧向收缩进流式泵站进水系统的流态分析和水力优化提供技术参考。

大型泵站侧向进水前池模拟及水力优化

以深圳市沙井排水泵站为例,采用三维模拟软件CFD对泵站前池整流进行了数值模拟及水力优化,并利用物理模型试验进行了验证。结果表明,在一定水力损失范围内,前池的配水渠段加设挡水堰并进行改进后,能明显改善水流流态,有助于减弱甚至消除侧向斜交水流惯性作用产生的偏流现象,可为泵站侧向斜交进水方式的研究提供参考。

大型供水泵站数值模拟及水力优化

某大型供水泵站采用90°侧向进水方式,设有24台水泵,采用进水管—过渡段—配水渠—前池—进水池—泵的布置方式。利用数值模拟方法对泵站进行水力优化。数值模拟结果显示,在进水管和配水渠之间的过渡段采用进水井形式,可以使下游获得较为稳定的水力条件,但存在一定的水力损失。配水渠和前池之间的配水孔长度适当增加,前池内设置导流墩和底坎,都有助于减弱甚至消除前池水流惯性作用产生的偏流现象。长度较大的进水池有助于前池水流均匀过渡到喇叭口,为水泵提供了良好的进口水力条件。数值模拟结论和物理模型试验结果相符。

开敞式进水池三维紊流流动模拟及水力优化计算目标函数

采用数值计算的方法研究进水池的水力优化设计，可以排除由于试验条件、试验方法等不同而产生的影响，从理论上对其进行比较系统的研究。应用直接求解三维雷诺平均N－S方程和标准K-。紊流模型方程组的方法，计算进水池内的流场；根据轮流泵转轮的设计条件，引入流速均匀度和水流入泵平均角度两个目标函数，从而为开敞式进水池及水泵喇叭管的水力优化计算准备必要的条件。

侧向进水城市排水泵站配水池水力优化设计

针对侧向进水泵站前池中容易出现流态紊乱、各水泵机组来流不均的问题,利用计算流体力学(CFD)对设置配水池后的前池三维流场进行了数值模拟,研究了配水池的进口跌坎高度、底部结构形式和宽度对配水效果的影响,通过比较给出了优化设计参数。结果表明,配水池设计参数的优化可以显著提高其配水效果,为各水泵机组提供比较接近的来流条件,有助于提高泵站的整体运行性能。

双流道泵叶轮边界涡量流分析与水力优化

为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流(BVF)、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性地调整影响双流道泵叶轮内流状态的结构参数,得到优化后的双流道泵叶轮。联合CFD计算和边界涡量动力学流动诊断方法,对比分析了优化前后的双流道泵叶轮,结果表明:优化后叶轮表面的BVF、摩擦力线以及涡线分布得到明显改善,BVF峰值和均值均显著降低,均匀性指数更接近于1,流动分离被抑制,叶轮受力状况得到改善,扬程和效率等水力性能明显提高。研究结果证明了基于边界涡量动力学理论的流动诊断和优化方法在流道式叶轮机械中应用的可行性。

杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化

为保证杭州八堡泵站斜式泵装置的安全、稳定和高效运行,运用三维湍流数值模拟方法对该站斜式进、出水流道进行了水力优化设计研究.基于流道三维流场数值计算结果,揭示了进水流道高度和泵轴倾角分别对斜式进水流道水力性能的影响规律,以及出水流道平面扩散角和泵轴倾角分别对斜式出水流道水力性能的影响规律.结果表明:斜式进水流道高度愈高流道水力性能愈好,泵轴倾角愈小流道水力性能愈好;斜式进水流道转向角度愈小,水流受离心力影响愈小,愈有利于水流流动调整;斜式出水流道扩散角愈小流道水力性能愈好,泵轴倾角愈大流道水力性能愈好;受螺旋状的水流和急剧转向的"S"形弯曲流道的共同影响,斜式出水流道内不可避免地存在不对称旋涡;综合考虑八堡泵站流道水力性能、土建工程量、闸门提升高度和水泵机组安装检修难度等多方面的因素,确定该站斜式泵装置的泵轴倾角为20°.

立式混流泵站进出水流道水力优化

为得到某大型混流泵站进出水流道最优设计方案,基于CFX软件,对进出水流道内水流流态进行数值模拟研究。以泵站进出水流道初步设计方案为基础,对流道型线进行优化研究:通过调整进水流道断面参数,得出进水流道优化方案;通过改变虹吸式出水流道上升角与下降角,得到水力损失最小的出水流道型式。最终结果表明:当进水流道流速和流道长度、断面面积和流道长度的关系曲线光滑无突变时,流道内无不良流态,符合优化设计要求;当出水流道上升角为22°下降角为29°时,泵站出水流道流速分布较为均匀、水力损失最小。由此得出所选泵站最优设计方案。所得结果对大中型泵站的流道优化有指导作用。

某水电站工程尾水渠扩散段水力优化研究

某水电站尾水渠扩散段在工程设计时为提高过流能力,实现尾水洞出口断面低水位运行,采取较大扩散角的布置形式.模型试验表明:设计方案下扩散段流态紊乱,过流能力较低.先后采取在扩散段设置控导流设施、减小扩散段的扩散角、调整闸室位置与修改闸室及上、下游连接段体型等3种修改方案进行试验研究.其中第3种修改方案较好地顺应了水流的流动特性,尾水渠各流段流态平顺,过流能力相对较强,实现了尾水洞出口断面较低水位运行;同时节省工程量,基本达到预期效果.该水力优化措施已应用于工程设计.

循环水泵房侧向进水流道水力优化设计及模型试验

论述了侧向进水条件下流道水流的水力特性及常用研究方法,并以彭城电厂循环水系统为例,采用物理模型试验与数值模拟相结合的手段,优化设计泵房侧向进水流道.文章重点针对原设计方案下冷却塔集水池出口及回水明沟内的不利流态,采用多种整流措施,有效改善了回水明沟内水流流态及吸水室内流速分布的不均匀性,优化后的推荐方案能够满足循泵安全稳定运行的要求,研究成果也为其它类似的大中型循环水泵工程提供了参考.

离心泵叶轮轴面图的3点水力优化

叶轮轴面图设计的好坏直接影响离心泵效率,以双圆弧轴面图上的前盖板圆弧半径、前盖板倾角、后盖板圆弧半径、后盖板倾角几何参数为自变量,以3个工况点的加权平均水力效率最大为目标,采用Isight集成Pro/E、Gambit和Flu-ent对离心泵叶轮轴面图进行自动数值优化.采用超传递近似法来确定3个目标函数的权重因子.采用最优拉丁方试验设计方法确定优化样本.并采用该方法对一比转数为84.8的离心泵在0.8、1.0和1.2倍设计流量下的水力性能进行了优化.结果表明:优化后的3个工况点的加权平均水力效率提高了1.42百分点.因此,建立的离心泵叶轮轴面图的3点水力优化方法是可行有效的.

一种新型遗传算法在水力优化设计中的应用

提出一种基于分流机制的新型遗传算法 ,该方法采用优种限量繁殖、达标种交叉和劣种变异的策略 ,且交叉和变异概率根据进化质量自适应地调整。结合水力优化设计的数学模型 ,讨论了算法的实施步骤。实例计算表明 ,该方法无需设计初始点 。

三峡工程泄水建筑物水力优化设计

三峡大坝在运行期和施工导流期要求的泄水能力分别达10万m3/s和7万m3/s,大坝设有永久泄水深孔23个、表孔22个、导流底孔22个.大坝采用深孔、表孔、导流底孔3层孔口相间布置方式,缩短了溢流前缘长度,解决了枢纽泄洪难题.深孔的主要作用是宣泄千年一遇以下洪水,同时还担负着三期导流及围堰发电期间渡汛泄水任务.深孔具有数量多、尺寸大、水头高、水位变幅大、运用时间长和操作频繁等特点,其进口堰顶上游坝面及侧面采用1/4椭圆曲线,堰面下游接1∶0.7的斜坡段后再接R=30 m的反弧段.通过布置方案的论证和试验研究,深孔选用短有压管接明渠泄槽跌坎布置方案,底孔选用长有压管布置方案.

基于数值模拟核主泵水力优化设计平台开发

核主泵是压水堆核电站核岛内唯一长期高速旋转的装备,是核电站的"心脏"。该文针对第三代核主泵AP1000的水力要求,开发基于数值模拟的混流式核主泵优化设计平台。利用该平台开展了球形压水室直径及导叶包角和导叶数对球形压水室内水力损失影响的研究。研究表明这三者对球形压水室的水力损失有着较明显的影响。实践表明该平台可用性好,效率高。