泵站圆弧扩散型正向进水前池泥沙体积浓度分布特征

以多泥沙河流为取水水源的泵站正向进水前池存在泥沙沉积、泵站性能降低等问题.选取甘肃省景泰川电力提灌工程某泵站正向进水前池作为研究对象,设计圆弧扩散型正向进水前池体型结构,采用Fluent软件基于Realizable k-ε模型和Mixture多相流模型开展数值模拟计算,获得圆弧扩散型正向进水前池的泥沙体积浓度分布特征,揭示圆弧扩散型边墙收缩程度对前池内水沙运动特性的影响.结果表明:沿垂直水流方向,圆弧扩散型正向进水前池内泥沙体积浓度分布中间低、两侧高;沿水深方向,前池内泥沙体积浓度分布由表层至底层逐渐升高.相较直线扩散型正向进水前池,圆心角为44°的圆弧扩散型正向进水前池内高含沙区面积降低41.77%,泥沙淤积减少43.60%.研究成果可为同类型泵站前池优化设计提供指导与参考,有效促进泵站工程提质增效.

泵站正向进水结构流场特性多目标优化研究

为提高引黄灌区水源含沙提水泵站进水结构流场稳定性,对泵站原型(泥沙淤积前)进水结构设计参数进行耦合协同优化。选取甘肃省景电灌区典型正向进水泵站为研究对象,确定流场特性评价指标与进水结构设计参数,基于仿真智能算法(PSO-BPNN)和多岛遗传算法(MIGA)构建PSO-BPNN-MIGA耦合优化模型,通过Realizable k-ε湍流模型耦合考虑相间滑移的Mixture多相流模型对最优方案进行模拟。由耦合优化模型得到的最优设计方案(OPT)为:扩散角θ=26.30°、总宽度B=26.46 m、底部纵坡i=1∶2.3、悬空高度C=1.05 m、淹没深度h_(s)=1.38 m、后壁距T=0.57 m;OPT方案评价指标预测值和计算值的偏差率均在10.00%以内;OPT方案下泵站进水结构内未出现明显旋涡回流区,泥沙淤积强度和淤积范围明显减少、水流流速较小、流线较为均匀。优化模型在泵站原型进水结构协调优化中较为可靠,可实现参数区间内的全局连续寻优,所得最优方案整体优化效果较好。本文提出的研究思路与方法可为类似泵站工程设计参数耦合协同优化提供参考方法借鉴。

泵站正向进水前池扩散角对池内流场结构的影响

针对从多沙河流取水的大型泵站进水前池内水流流态较差,易在池内产生大尺度回流区域,导致泥沙严重淤积等问题,该研究以甘肃省景泰川电力提灌工程典型泵站的正向进水前池为研究对象,构建不同扩散角体型结构的正向进水前池三维模型,基于Mixture多相流模型和Realizable k-ε模型开展数值模拟计算,阐明了正向进水前池流场结构特征,提出了有效改善正向进水前池流场结构的扩散角范围。结果表明:泵站机组全开时,正向进水前池内流场结构对称分布,在进水前池中央形成主流区,两侧形成回流区,中央主流区域水流流速远大于两侧回流区,主流效应显著;随着扩散角的减小,两侧低流速区面积减小,主流区域流速呈下降的趋势,区域宽度呈现增加的趋势,进入前池的水流扩散效应增加明显;扩散角在25°~30°之间时,入池的水流沿流程发展和扩散较为充分,有效改善多泥沙河流引水泵站前池的泥沙淤积,研究成果可为同类泵站的设计和更新改造提供指导和参考。

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。

多机组泵站正向进水阵列式隔板整流模拟及试验验证

针对多机组正向进水泵站前池内存在不良流态的问题,采用CFD与模型试验相结合的方法,对不同开机工况下的泵站前池流场进行了研究,提出一种利用阵列式隔板整流的措施,并评判了阵列式隔板整流的效果.计算结果表明:在4种不同开机工况下,前池内均存在大范围的回流与旋涡区,前池出口断面流速均匀度为38.42%~57.39%,水泵进水条件较差.为改善正向进水泵站前池的不良流态,提出一种利用阵列式隔板整流的措施.采用阵列式隔板整流后,前池内回流与旋涡区得到减小、转移,回流与旋涡区对主流的挤压明显减弱,前池出口断面流速均匀度提高到47.23%~63.17%,水泵进水条件得到显著改善.试验测量结果与数值计算结果基本吻合,数值模拟得到了试验的验证.研究成果可为多机组正向进水泵站的建设运行提供参考.

水泵站正向进水前池直立型边壁曲线的推求

通过水泵站正向进水前池直立型边壁曲线的推求,用工程实例比较传统的直线型前池与曲线型前池的优缺点,表明曲线型前池具有水流条件好且可大大节省土建工程量的优越性和先进性,并可在其他水利工程中推广应用。

侧向进水对水泵机组性能的影响

为探究不同进水形式对水泵机组性能的影响,采用CFD计算软件对水泵模型进行了定常计算和非定常计算。结果表明:在正向进水形式的水泵叶轮进口断面流速均匀度为0.91,最高效率为78.89%;侧向进水形式的水泵叶轮进口断面流速均匀度为0.87,最高效率为77.26%。侧向进水形式下叶轮进口前的压力脉动要比正向进水下叶轮进口的压力脉动剧烈。

大型潜水泵泵站侧向进水形式的技术分析

针对大型潜水泵泵站,比较前池正向进水与侧向进水形式的特点,分析侧向进水形式的配水流态,并提出整流措施。以上海虹口港、杨浦港地区旱流污水截流工程为实例,介绍采用侧向进水形式,并配以整流措施的工程方案,经实践证明,方案是合理的,可减小土建投资。

高含沙水泵站前池扩散角试验与分析

泵站正向进水前池扩散角大小是影响正向进水前池水流流态及池长的主要因素,通过盐环定扬黄工程三泵站水工模型试验,观测正向进流前池不同水沙条件、不同工况下泵站进口流态、流速分布、前池的淤积形态。在前池进口扩散角20°、25°、30°、35°4种工况下,结果表现为:主流带流速值随着扩散角增加而增大;前池两侧淤积厚度大于中部,含沙量越大,前池淤积厚度越大;相同水沙条件、运行相同时间,扩散角越小淤积量越大;泵站前池前池扩散角25°和30°的布置较合理,水流、淤积等综合表现较好。

基于BPNN-GA的泵站前池整流底坎参数优化

为了减少泵站进水结构内的不良流态,提高泵组运行效率,该研究基于计算流体动力学以及BPNN-GA(back propagation neural network-genetic algorithm)算法对泵站前池内底坎的结构设计参数进行优化。为便于计算遗传算法的适应度,在轴向流速分布均匀度和速度加权平均角基础上提出了前池水流流态的综合评价指标F。以综合评价指标F为目标参量,通过遗传算法优化训练好的BPNN模型,得出最优底坎结构设计参数,并同正交试验设计的最优方案的数值模拟结构对比分析。研究结果表明,在1、2、4号水泵机组运行情况下,相比于正交试验设计的最优方案泵站前池水流流态,1号水泵进水流道的轴向流速分布均匀度提高了16.58个百分点,速度加权平均角增加了4.66°;2号水泵进水流道的轴向流速分布均匀度提高了0.49个百分点,速度加权平均角下降了2.81°;4号水泵进水流道的轴向流速分布均匀度提高了8个百分点,速度加权平均角增加了7.81°,综合评价指标F为1.16,表明前池流态得到较大幅度的提高。基于BPNN-GA算法对泵站前池整流底坎参数进行优化,克服传统方法陷入局部最优的缺陷,可在满足设计要求的范围内选出当轴向流速分布均匀度和速度加权平均角最优时的底坎设计参数,为计算智能在泵站优化水力设计方面提供参考。

梯形底坎对凤凰颈新站前池流态的影响研究

凤凰颈新站属于正向进水大扩散角泵站,前池两侧岸墙处易发生大尺度脱壁回流,不能提供较好的进水条件,危害泵站安全稳定运行。因此,以凤凰颈新站引江侧前池为例,基于CFD数值软件,模拟研究了梯形底坎位置及高度对正向进水大扩散角泵站前池流态的改善效果,并借助物理模型试验对数值模拟结果进行了验证分析。结果表明,当梯形底坎位于前池入口10 m处且坎高为1.2 m时,可较好地改善凤凰颈新站的进水条件。研究成果可为本工程及类似工程提供技术支持和参考。