井筒式泵装置水力特性数值模拟

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用商用CFD软件,对井筒式泵装置进行了三维流动数值仿真计算。通过对性能曲线的分析,发现设计工况下,进水管直径较大时效率较高。对比进出水损失发现,进水损失随着流量增大而增大,出水损失随着流量增大先减后增。通过分析VX云图和流线图,发现进口管直径较小时,流速较大,形成的漩涡也较大,漩涡区域涡量为大管径时的2倍以上。对叶轮进口断面轴向流速分布均匀度的分析,得到进水管较大时,叶轮进口的流速均匀度较高,但在流量超过330L/s的工况下差异不明显。从喇叭管进口断面平均涡量的计算分析中,得到喇叭管进口断面平均涡量随着流量增大而增大,且进水管直径较大时,平均涡量小,减小超过20%。

井筒式泵装置双泵模型进水特性

井筒式泵装置的双泵模型与单泵模型相比,能提供更大的抽排能力,在平时的运行或者维护中, 2 台泵可交替使用,可靠性较高。通过 CFD 软件对 2 种不同进水方向的井筒式泵装置双泵模型内部流动进行数值模拟,获得了泵装置内部三维流动特性,并预测了泵装置的性能。计算结果表明正向进水比侧向进水性能更好。通过分析速度云图和流线图,发现侧向进水时水流在整体上有顺时针旋转的态势,2 台泵的进水状态有较大的区别。从喇叭管进口断面涡量云图中可以得到,涡量较高的区域主要是喇叭管下方,2 个喇叭管下环形区域的涡量是由内到外逐渐增大,到超过喇叭管的范围外,又逐渐减小到 0,而正向进水的环内一对漩涡以及侧向进水的环内单个漩涡,由外到内涡量逐渐增大。

导叶进口安放角对轴流泵性能的影响

为了探究导叶进口安放角对轴流泵性能的影响,采用CFD三维流动数值模拟技术对泵段模型进行分析,对其水力特性和内部流态进行研究,并与模型试验结果比对。结果表明,导叶进口安放角的变化只对导叶和出水部件有影响;在导叶进口安放角依次增加5°的三种模拟方案中,方案2在流量为355 L/s时泵段的综合性能最好,其泵段最高效率为87.0%。方案1的导叶进口安放角高效区向小流量偏移,高效区范围较小,流量向非设计工况变化时效率下降较快;方案3的导叶进口安放角高效区向大流量偏移,高效区范围较大,流量向非设计工况变化时效率下降较慢。在实际运行中,适当增大导叶进口安放角可以提高轴流泵在大流量工况下的效率,但同时应防止导叶进口安放角太小导致水泵高效区范围太小。

水泵进水池底部压力脉动特性试验

为了研究泵站进水池中喇叭管下方漩涡产生的机理,探索进水池底部喇叭管下方水流压力脉动与漩涡产生的关系,在进水池底部喇叭管口下方布置20个压力脉动监测点,在转速2 200 r/min时进行了多个不同工况点的压力脉动试验。通过对水流压力脉动的时域特性、频域特性及进水池底部喇叭管下方的压力分布进行分析,揭示了轴流泵喇叭管下方水流压力脉动的规律及压力分布与漩涡之间的关系。进水池底部压力脉动的主频是叶轮转频的2倍,说明轴流泵进水池底部喇叭管下方水流的压力脉动仍然受到叶轮旋转的影响;大流量工况下,喇叭管下方容易产生漩涡,且发生频率高,持续时间长,主要集中在喇叭管下方右前方的位置;小流量工况下,喇叭管下方也能产生漩涡,但发生频率低,持续时间短,主要集中在喇叭管内部正前方的位置。在不同工况下发生漩涡的位置与进水池底部喇叭管下方低压区位置相对应。

进水流道对泵装置性能影响的数值模拟分析

为了研究进水流道内部流态对泵装置性能的影响,采用CFX三维软件对高度及喉部高度大、高度及喉部高度小的两种肘形进水流道装置的三维流场进行数值模拟,分析比较了这两种肘形进水流道与泵装置的水力特性。方案1肘形进水流道的高度大,挖深大,土建投资大,且喉部高度大,弯肘段脱流严重;方案2肘形进水流道高度小,土建投资小,同时喉部高度小,有效抑制了弯管脱流问题。结果表明:在最优工况下(Q=320 L/s),肘形进水流道方案2比方案1的流道出口断面速度均匀度高1. 6%;速度加权平均角度高7. 34°;进水流道水力损失降低0. 128 m;装置效率提高4. 22%;装置高效区流量范围拓宽40%。因此,为了保证泵装置高效、安全地运行,应充分重视在实际工程中进水流道对泵装置性能的影响以及肘形进水流道喉部高度对进水流道流态的影响。

进水漩涡诱发轴流泵压力脉动的试验研究

从进水漩涡对轴流泵内部压力脉动影响的角度出发,通过进行压力脉动特性试验探究进水漩涡对轴流泵装置影响的机理。在轴流泵模型装置叶轮进口、叶轮出口及导叶出口安装压力脉动传感器,进行0.8Q_d、Q_d、1.2Q_d等3个典型工况下的压力脉动特性试验。结果表明:轴流泵装置内同一测点的压力脉动幅度在小流量工况下最大;大流量工况下,在叶轮进口测点P7处受进水漩涡的影响存在明显的压力波动,受到进水漩涡的影响在测点P7处的压力脉动幅值会出现陡升陡降的状况,相对于叶轮进口压力脉动幅值平均值其增幅分别是0.8Q_d和Q_d压力脉动增幅的3倍和2倍;漩涡发生频率为叶片通过频率,容易诱发机组的共振。

泵站钟形进水流道吸水室后壁形状的研究

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNGk-ε紊流模型,对矩形、半圆形和"ω"吸水室后壁形状的钟形进水流道泵装置进行了三维紊流数值模拟,并分析了钟形进水流道后壁形状对泵装置水力特性的影响。相同流量下,"ω"形吸水室进水流道流线分布最规则,漩涡比其他形状的进水流道小,"ω"形吸水室进水流道水力损失比矩形吸水室进水流道小1cm;出口断面的流速均匀度达到93%,比矩形和半圆形吸水室进水流道高约2个百分点;出口断面速度加权平均角度达到83.5°,比矩形吸水室进水流道高0.6°,比半圆形吸水室进水流道高0.2°;泵装置运行高效区流量范围比半圆形的拓宽了7.3%,比矩形的拓宽了30%。该研究对于完善泵站钟型进水流道吸水室优化设计具有一定意义。

双向超低扬程泵装置流动数值模拟

针对可用于双向抽水的一种新型双向超低扬程泵装置,基于CFX软件对泵装置进行三维流动数值模拟,分析了泵装置的内部流动特性,并对泵装置的整体性能作出了预测。计算结果表明:在设计工况(流量Q=4.8m^3/s)与大流量工况(流量Q=5.4m^3/s)下,叶轮进口断面流速均匀度达到90%左右,叶轮进口断面流态良好,足以保证水泵的性能,扩散导叶出口断面流线较为平顺,扩散导叶对水流速度环量的回收较好。泵装置进水水力损失较小,出水水力损失较大。该装置在设计工况(流量Q=4.8m^3/s)下的效率最高,达到71.09%,对应的扬程为1.345m,泵装置高效区运行的流量范围较大。新型双向超低扬程泵装置在自流引排水且实际扬程很低的沿江滨湖地区,是一种可取的方案。

立式泵肘形进水流道喉部高度对性能的影响

为保证水流进入弯道时的流态良好,肘形进水流道进口段末端断面的高度通常较小,被称为"喉部"。基于CFD数值模拟进行方案设计和建模计算,对流道喉部断面的高度定量分析,对各方案的内部流态和泵系统性能进行研究。结果表明,喉部高度大的方案进入弯道的流速慢,水力损失小,但流速变化快,分布不均匀;高度小的方案进入弯道流速快,水力损失大,但流速变化慢,流道出口流速均匀性好;文中喉部高度的最优方案为0.8倍叶轮直径,此方案的泵系统效率在340L/s达到79.08%。