地下泵站进水流道数值模拟与方案优化

以典型地下泵站的进水流道为研究对象,建立数值仿真模型,分析设计方案的水力特性及存在不足,并给出优化方案.研究结果表明:在原方案中,外侧水泵进水管入口中心和圆洞出口中心的连线与来流方向的夹角达到70°,水流大角度偏转,并在进水管入口出现脱流现象,水头损失系数达到2.31~2.44,水泵进水管出口的流速分布均匀度为95.09%~96.80%,速度加权平均角为86.51°~87.41°,原方案的圆洞突扩进入压力罐,然后突缩进入水泵的进水管,且压力罐内无任何导流措施,致使局部流道产生了较大的水头损失;优化方案提出了“集管+岔管”的分流措施,通过2个60°弯头实现水流流向的偏移,平面和垂直方向均没有突扩或突缩结构,水头损失系数减小至0.93~1.07,优化方案不仅改善了流道的水力性能,也避免了开挖、衬砌压力罐.研究结果可为类似地下泵站进水流道设计提供一定依据.

喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性分析

为了研究喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性,以轴流式喷水推进器为研究对象,对喷水推进器在不同来流含气条件下进行全流域定常数值仿真,得到了不同来流含气条件下进水流道各截面气相体积分数分布特征和不均匀度变化规律.计算结果表明:在低航速区间时,进水流道内流量小、流速低,受管道几何结构影响,下部弯管处流体堆积现象明显,随着航速的升高,流量增大、流速提高,流体在上部弯管处产生流动分离,导致堆积区向上部弯管转移;在来流含气条件下,进口含气率和气泡直径的增大,会导致气液两相干涉作用变强,造成气体堆积现象加剧,影响流面的不均匀度.

小型泵站进水池改造为肘形进水流道水力性能研究

为了解决淮安市徐溜电灌站水泵进水流态差导致机组振动和水泵装置运行效率低下等问题,基于该电灌站的设计参数,采用三维湍流流动数值模拟方法对进水池及其改造为肘形进水流道的水力性能进行了研究,对两种进水型式时的泵装置能量性能进行预测计算,并对改造前后的流道及泵装置的流态和性能进行比较分析。研究结果表明:该站进水池具备改造为肘形进水流道的条件;原进水池方案的流道水头损失大、池内流态紊乱,改造后的肘形进水流道水头损失显著减小、流场平顺无旋涡,水力性能大幅度提升;改造后的泵装置水力性能较改造前明显提升,设计流量下泵装置效率提升5%以上。改造后现场水泵机组整体运行稳定,表明将开敞式进水池改造为肘形进水流道是成功的,可为同类型的小型泵站的建设和改造提供参考。

核电厂海水循环泵肘形进水流道优化设计

为提高核电厂海水循环泵运行的稳定性,基于CFD数值模拟对海水循环泵肘形进水流道进行优化设计。以国内某核电厂的进水流道为研究对象,建立全新坐标系,通过理论推导得出肘形流道控制参数之间的函数关系,根据流道性能评判指标等参数,通过数值模拟研究肘形进水流道4个重要控制参数对流道水力性能的影响,优选出最佳方案并进行试验验证。结果表明,在设计流量下优化后的流道出口平均流速提高了0.026 m/s,流速分布均匀度降低0.13%,水流平均角度提高0.034°,水力损失降低11.2%。本文的研究结果显示提出的肘形流道优化设计方法快速、可靠,具有出口流态较好、水力损失较小等优点,可为工程建立提供一定的参考。

不同喷水推进器进水流道综合性能分析

为掌握喷水推进器进水流道综合特性,以同一喷水推进泵所对应的3型进水流道为对象,分别分析不同进水流道在结构、水力性能和声传播特性上的差异,并针对不同进水流道截面变化对声传播特性的影响进行分析。从流道的圆弧段出口到倾斜段的进口,2型流道截面面积均呈现先减小后增大趋势,1型流道的截面面积基本不变。从水力性能角度讲,3型流道性能没有显著差别;从声传播特性上讲,变截面流道在整个分析频段内要优于等截面流道。最后文中仅以流道圆弧段和倾斜段为分析对象,分析不同参数变化对声传播特性的影响,计算结果表明流道倾角对声传播特性影响较大。

轴流泵装置进水流道出口速度及脉动特性分析

为研究不同流量工况时进水流道出口速度及压力脉动特性,基于CFD软件对轴流泵装置整体进行三维非定常数值计算,分别分析了各测线的速度及监测点的压力脉动的时频特性。结果表明:在进水流道出口面,速度从导水帽外壁面到流道出口内壁面的分布大体呈现出先减再增后减的规律、压力脉动幅值与速度脉动幅值从轮缘到轮毂方向呈逐渐减小趋势;进水流道出口处各监测点的压力脉动和速度脉动最大幅值都位于4倍转频处。

基于LES模型的箱涵式进水流道水中消涡装置分析

为解决某泵站箱涵式进水流道内部水涡问题,以该泵站箱涵式进水流道为研究对象,基于LES模型,求解5种不同消涡方案对应的箱涵式进水流道内部水涡时空演变过程,定量对比喇叭口处旋涡中心平均涡量变化。结果表明:采用流线型消涡锥和后消涡板方案箱涵式进水流道消涡的效果最佳,相比原方案旋涡涡心的平均涡量降低96.53%,喇叭管进口面的轴向速度分布均匀度为95.7%,速度加权平均角为86.4°,消涡效果较好。

望江县合成圩幸福河南站水泵进水流道的优化设计

为了优化望江县合成圩幸福河南站工程进水流道,根据原型泵主要设计参数,开展进水流道优化设计,实现进水流道CFD优化设计方案。结果表明:对比多个方案肘形进水流道平均流速及断面面积变化情况,方案4进水流道流速分布更均匀,最高效率点效率高,水力损失较小,流道出口断面轴向速度分布均匀度达91.26%,出口断面速度加权平均角达84.38°,推荐有隔墩肘形进水流道方案。

基于Gambit-CFD的乐昌灌溉泵站工程进水流道水力特征研究

为了研究庆云泵站工程进水流道设计优化特性,基于工程设计方案,开展进水流道的宽度及喇叭管直径设计参数优化。结果表明,进水流道宽度参数不会影响流道内纵向流速变化趋势,也不会改变流速分布均匀度,仅会抑制流速水平发展;喇叭管直径愈大,则流速水平愈低,同时流速变化在不同直径方案中各有区别;喇叭管的存在对控流、稳流有所作用,但直径过大,会影响流速分布均匀度,造成流道壁面冲击涡核减少,同时产生过多非稳定渗流。研究认为,进水流道宽度7m、喇叭管直径3.4m最优化。研究结果可为类似体型泵站的进水流道设计及水力特征参数分析提供参考与借鉴。

循泵旋网改造进水流道模型试验和分析

循环水系统框架式正面进水旋转滤网,由于其设计结构原因,对机组的安全性、经济性影响较大,文章提出了将旋转滤网结构形式由正面进水改为网内进水侧向出水的布置形式。通过对循环水泵房的进水流道进行建模,并在各工况下进行模型试验,经对比分析发现,侧面旋转滤网若前移到拦污栅井位置,并在网后设置合适的导流墙,基本可以满足循泵正常运行的要求。

泵站竖井进水流道数值模拟与装置特性试验

采用雷诺平均纳维—斯托克斯方程(RANS)和标准kε湍流模型,运用SIMPLEC算法,对椭圆型线前置竖井贯流进水流道内的流动进行了三维数值计算,揭示了竖井进水流道内流场、特征断面的速度分布及水力损失规律。对椭圆型线竖井进水流道与出水流道匹配组成的模型泵装置进行动力特性试验,得出了4种叶片角度下的泵装置特性曲线。研究结果表明:采用椭圆型线设计的竖井进水流道合理;大型低扬程泵站采用卧式竖井贯流结构,泵装置效率较高。

进水流道对立式混流泵装置能量特性的影响

采用计算流体力学方法,对三个不同的进水流道设计方案所组成的立式混流泵装置进行了内流数值模拟.在分析进水流道基本流态的基础上,对进水流道出口水流条件以及水泵装置能量特性进行了定量计算.数值计算结果表明,水泵的设计进水条件与水泵装置中的水泵进水条件存在明显差异,进水流道水力设计对立式混流泵装置的能量特性有显著的影响,工程设计中应重视进水流道的选型以及进水流道与水泵性能最佳匹配的研究.进水流道水力设计优化可有效地改善进水流道出口流态,确保水泵有良好的进水条件,大幅度提高水泵装置效率.

大型立式泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的双向进水流道 ,应用紊流模型对流道内部流态及水泵进口处的流动进行三维数值计算 ,计算结果与试验流态、实测数据一致。数值模拟结果揭示了双向进水流道内流动规律 ,双向进水流道内易产生死水区、旋涡和水下涡带 ,必须采取适当的消、防涡措施保证水泵正常运行。

大型泵站箱涵式双向进水流道试验研究

通过模型试验研究了箱涵式双向进水流道内的涡带发生规律及有效的消涡防涡措施，并对影响工程投资及装置性能的主要尺寸如悬空高、流道宽度及吸水喇叭管进行了试验研究． 结果表明：流道尺寸在常规取值范围内对装置效率的影响较小，而这类流道的主要问题是其内部的涡带．

基于CFD流动分析的泵站肘形进水流道水力特性研究

肘形进水流道是在大型泵站中最常用的流道形式,它与喇叭管进水流道相比具有水力损失小和宽度较小的优点.本文基于质量加权平均的流速均匀度优化目标函数和重整化群湍流模型,应用SIMPLEC算法,计算了泵站肘形进水流道内定常流动.基于FLUENT软件的CFD(computatical fluid dynam ics)流动计算,获得了肘形进水流道内部三维流动规律:其内部水流为逐步收缩的运动,分为水平收缩段、肘形弯管段和垂直调整段3个阶段.通过分析肘形流道各个断面的轴向流速分布,提出了新的叶轮名义高度的取值范围,并给出了流道主要控制参数的取值范围.计算流场与实验结果进行了比较,两者较为吻合,这表明采用计算模型和方法是可靠的.提出了新的优化设计思路,即先按照控制主要参数尺寸进行流道轮廓线进行设计,然后设计进水流道的各过渡断面,按照各断面平均流速光滑变化进行控制,最后通过CFD技术进行流场细节分析和水力优化.这将大大减少水力优化设计的工作量和难度.

簸箕形进水流道的优化水力设计

介绍了在荷兰有广泛应用、在我国刚开始得到应用的泵站簸箕形进水流道，采用紊流模型数值计算的方法，对这种形式的流道进行了优化水力计算．刘老涧泵站水泵装置模型对比试验的结果表明，经过优化的簸箕形流道的水力性能，得到了显著的改善．

泵站进水流道混凝土施工期温控防裂研究

大型泵站流道部分结构复杂且厚薄不均,其施工期混凝土开裂问题尤为突出.结合南水北调洪泽泵站工程,借助于有限单元法,对高温季节浇筑的泵站肘形进水流道混凝土施工期的温度场及应力场进行了动态仿真,在分析进水流道的易裂部位和开裂机理的基础上,提出有效防裂措施,包括控制浇筑温度在28℃以内,同时采用塑料管冷却及拆模后的表面保温措施.现场实际施工结果表明:仿真结果合理、防裂方法有效可行.

肘形进水流道对立式轴流泵水力性能影响的数值模拟

为定量研究肘形进水流道对轴流泵水力性能的影响，实现性能预测，该文采用雷诺时均N-S方程和标准紊流模型，数值模拟了某肘形进水流道和轴流泵联合运行时的三维流场，获得了水泵的流量～扬程曲线、流量～功率曲线和流量～效率曲线，并与设计进水条件下的水泵性能进行了对比。在该肘形进水流道提供的进水条件下，在计算流量范围内，泵的扬程和效率分别平均下降约8．62％和5．74％，轴功率平均增加约3．56％，最优工况点效率降低了5．99％，流量减少了8．59％。通过5个肘形进水流道设计方案的计算对比发现，流道出口水流的偏流角与水泵性能的发挥密切相关，在相同流量下，水泵效率差值达4．34％。因此，为确保水泵高效、安全地运行，应重视进水流道水力设计优化和面向对象的水泵设计，改善水泵进水条件，减少进水流道对水泵水力性能的影响。

斜式轴流泵装置进水流道的正交优化设计

为改善小流量工况下大型斜式轴流泵装置的水力性能,利用J-Groove流动控制手段对泵装置进水流道进行结构改进.利用正交试验设计方法,确定J-Groove的厚度、长度、个数以及分布角等4个几何因素,分别选取3个水平,建立9组正交试验方案.结合滤波器湍流模型(FBM)的非定常雷诺方程,利用Ansys CFX软件对斜式轴流泵装置三维模型进行非定常计算,获得正交方案在小流量工况下的扬程和效率.采用极差分析方法对正交试验方案的数值结果进行分析,研究各几何因素对轴流泵水力性能的影响规律.结果表明:影响扬程指标的几何因素主次关系为厚度、长度、个数和分布角;影响效率指标的几何因素主次关系为厚度、个数、分布角和长度.最后,通过再设计分析确定了最优方案,并与原始方案的流场进行对比分析,验证了J-Groove技术在小流量工况下抑制轴流泵叶轮进口非稳定流态并改善其水力性能的作用.

立式循环泵进水流道的内部流场研究

进水流道设计是大型立式循环泵装置设计中的重要环节,为了解不同工况下叶轮对流道出口流场的影响,分别对考虑叶轮影响和不考虑叶轮影响下的进水流道内部流场进行计算和分析。研究发现不考虑叶轮影响下的进水流道内部流场特征几乎不受流量变化的影响,而考虑叶轮影响的进水流道情况则比较复杂。在小流量情况下,叶轮流场的进口回流效应会对进水流道出口流场产生显著影响。随着流量的降低,进水流道出口分析截面内的流速分布均匀度和流速加权吸入角两个指标逐渐降低,在0.4Q0流量时,截面外缘出现明显的圆周速度分量,其变化接近于涡核内的圆周速度曲线,并不断向叶轮上游流道扩展。