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.

深层隧道进流式泵站前池流态及整流措施研究

为改善深层隧道进流式泵站前池内的旋流、偏流等不良流态,基于RNG k-ε湍流模型对前池流态进行数值模拟,研究适用于此类城市排涝泵站的整流措施。数值计算结果表明:泵站前池、进水池内存在局部立面旋滚、螺旋流、斜向流、流速分布上高下低等不良水力现象,致使泵站进水流道水力条件不佳;采用双层环形板和两组导流墩的组合式整流措施可抑制前池、进水池中的立面旋滚、螺旋流和斜向流流态,从而有效改善流道的进水条件,提高进水流道进口处流速分布均匀度,使泵进水状况变好,提高泵站运行的可靠性。

大型泵站前池扩散角对进水流态的影响

为研究前池扩散角对大型低扬程泵站进水流态的影响,依托某大型低扬程泵站基本设计参数,基于Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型对不同前池扩散角和不同开机组合工况下的泵站进水流态进行三维湍流流动数值模拟,分析不同前池扩散角下的进水流态、流速分布均匀度和横向流速的变化情况,并通过物理模型试验进行验证。结果表明:大型泵站机组不对称运行时,前池内存在漩涡区,进水流道进口前存在较大的横向流速;随着前池扩散角减小,机组不对称运行时,前池内漩涡区范围减小,水流偏流情况改善,前池内流态逐渐变好,进水流道进口前横向流速大幅减小,流道进口处流速分布均匀度提高,进水流道的进水条件改善;不同前池扩散角下的进水流态数值模拟结果与模型试验结果一致。研究成果对大型低扬程泵站的前池设计有一定的参考价值。

苏州某涝区排涝泵站进水流态研究

水泵的进水条件极易受到前池和进水池池内流态的影响,当池内流态变得紊乱,会降低水泵效率从而导致排水效率降低,进而使洪水风险升高,并且对周围的地区造成严重破坏。本文以苏州某涝区治理工程为研究对象,利用数值模拟软件对该工程在不同工作水位下进水泵站进水流态进行分析,计算该泵站在不同运行水位下的流速均匀度和速度加权平均角。结果表明:对不同的运行水位来说,前池出口断面和进水池进水管前断面的均匀性和平滑性都很差。对未进行流态优化的泵站来说,其前池和进水池进水流态在不同的运行水位下,流态都比较紊乱,可根据具体泵站工程要求采取建造导流墩或隔板等措施来对泵站的前池和进水池进行流态优化。该研究对同类泵站研究进水流态具有指导意义。

泵站进水系统三维水动力特性数值模拟研究

【目的】研究泵站进水系统结构对水泵进水流场的影响。【方法】基于Fluent平台,假定水流为不可压缩湍流流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入RNGk-ε紊流模型,对改造前后泵站进水系统进行了数值模拟,采用适于稳态流场的收敛速度更快的SIMPLEC算法,利用有限体积法进行空间离散求解,分析了不同断面的流场流速、流速旋角及流线分布,对比分析了改造前后泵站进水系统的水动力指标。【结果】改造方案各水动力指标均小于改造前方案,进水池流速标准差减小了6%~64%,进水管进口流速标准差降低了41%~96%,平均流速旋角减小了60%~73%,流速旋角标准差降低了59%~72%,水流流态分布趋向均匀,水泵进水条件明显改善。【结论】改造后泵站进水系统流速分布较均匀,流态趋于平稳,对减轻泵站机组汽蚀破坏有重要意义。

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。

泵站簸箕型进水流道水力特性试验及数值模拟

对一经优化设计的泵站簸箕型进水流道制作了水力模型,测试其水力损失;采用雷诺平均纳维斯托克斯方程(RAN S)和标准k-ε湍流模型,运用S IM PLEC算法,对流道内部流场进行了三维湍流数值模拟,揭示了流道内水流的流态和特征断面的速度分布规律.试验和数值分析结果表明,所设计的簸箕型进水流道内无漩涡,流态良好,水力损失小,水泵进口速度分布均匀,加权平均入流角接近90.

施桥闸站进水流态数值模拟研究

采用RANS方法,基于湍流模型开展了施桥闸站进水流态的数值模拟研究,观察了泵站进水流态及各断面流态,分析进水池泵前纵剖面轴向速度分布均匀度、速度加权平均角。计算结果表明:沉螺池内形成2个大尺度低流速回流区,前池进口附近处存在低流速回旋区,出口附近流态较好,进水池中层及底层流态平顺,进水池轴向流速分布基本均匀对称,研究成果可为同类泵站设计提供参考。

泵站进水流道三维紊流数值模拟及水力优化设计

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和标准ｋ－ε紊流模型方程组的方法，对大中型泵站进水流道内的流场进行了数值模拟，并进而对具有复杂几何形状的进水流道进行了水力优化计算．经模型试验验证，说明水力优化设计的进水流道获得了十分优良的水力性能．

大型泵站钟形进水流道三维紊流数值模拟

结合无锡市城市防洪工程中的仙蠡桥泵站钟形进水流道,采用雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,对几种不同流量工况下的流道内流动进行了数值模拟,揭示了钟形进水流道内流场特征断面的速度分布及水力损失规律。研究结果表明:此进水流道在流量变化很大的情况下,能保持稳定的流态,从而较好地适应各种运行条件。此外,此流道的出水仍存在一定程度的偏流现象,可做进一步的水力优化。

泵站钟形进水流道三维湍流数值模拟与试验研究

采用雷诺方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,数值模拟了钟形进水流道6种不同喇叭管悬空高度和4种不同流量方案下的流道内流场,分析了钟形进水流道关键部位的流态特征,揭示了钟形进水流道特征断面的速度分布规律。采用五孔探针实测了流道特征断面流速分布,并以流道出口速度均匀度和速度加权入流角为目标函数,分析比较了各方案的数值计算与试验实测结果,提出了钟形流道喇叭口悬空高的合理取值范围。

基于RNG湍流模型的泵站进水流道三维数值模拟

运用基于壁面律的RNGk-ε湍流模型对新型空心桩式水泵站进水流道进行数值模拟,采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier-Stokes方程,提出优化进水流道目标函数并依据数值模拟结果预测进水流道水力损失。根据经验公式计算的水力损失与预测的进水流道水力损失较为接近,表明采用RNGk-ε湍流模型能较好地预测进水流道的水力性能,对进水流道内特性数值模拟和外特性预测研究有较高的推广价值。

泵站钟形进水流道试验与数值模拟研究

制作了泵站钟形进水流道水力模型,测试了其水力损失。采用雷诺方程(RANS)和标准湍流模型,数值模拟了钟形进水流道6种不同喇叭管悬空高度和4种不同流量方案下的流道内流场,分析了钟形进水流道关键部位的流态特征,揭示了流道特征断面的速度分布规律;分析比较了各方案的数值计算与试验结果,提出了钟形流道喇叭口悬空高的合理取值范围。

排涝泵站轴流泵进、出水流道的数值模拟

针对杭州三堡排涝泵站的轴流泵装置,选取两种典型的进、出水流道设计方案(斜20°和斜30°方案),在设计流量工况下对整个轴流泵装置进行了非定常数值模拟,通过比较内部流态和水力损失确定了最佳方案,并在非设计流量工况下对最佳方案进行非定常数值模拟分析。结果表明,在设计流量工况下,与斜20°方案相比,斜30°方案中水泵的内部流态更好且水力损失更小,为最佳方案;对于斜30°方案,在大于和小于设计流量的工况下,轴流泵的出水流道水力损失均大于设计流量工况下的,且偏小流量工况下的水力损失最大。

湖南苏家吉泵站进水流道流态模拟

应用雷诺平均N-S方程和标准k-ε紊流模型,建立了泵站进水流道水流运动数值模拟的三维湍流模型和边界条件,并用有限体积法进行离散,结合SIMPLEC算法,模拟并分析了大型泵站——湖南苏家吉泵站进水流道三种工况下的水流流态。研究结果表明,利用该数学模型对泵站进水流道进行模拟的结果与实际运行数据相吻合,可以减少物理实验所带来的投资。研究结果还有效地揭示了进水流道内部流动的本质、并为实际工程提供了可资借鉴的结论与建议。

田山泵站前池进水流态数值模拟与验证

为验证田山泵站前池工程改造对改善流态的效果,运用三维紊流模拟技术,建立了泵站前池进水流态的三维湍流数学模型,对改造前后泵站前池水流流态进行了模拟,用现场实测结果对数值模拟结果进行了验证。结果表明:数值模拟流速值与现场测试值存在一定的差异,但是数值模拟的流速分布与现场测试的流速分布基本一致,能较好地模拟泵站前池水流流态,为泵站安全运行管理提供参考;在前池增设稳流、整流设施后,前池流态得到明显改善。

大型泵站箱形进水流道内部流动数值模拟

箱形进水流道在我国的大型低扬程双向泵站已有较多的应用。本文应用雷诺时均方程和标准k-ε紊流模型对某大型泵站的箱形进水流道内部三维流动进行数值模拟,深入分析了进水流道内不同断面的流速和压力分布,揭示了箱型进水流道内水流的流动规律,并预测了不同工况下进水流道内的水力损失,计算结果可供大型低扬程泵站的设计、改造参考。

复杂进流条件下泵站进水流态优化试验

为解决闸、站、桥结合式泵站复杂进流条件下前池易产生偏流的问题,以某闸站工程为研究对象,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,分析不同优化措施下面层流场和进水流道断面的流速均匀度,确定最佳优化方案.研究表明:通过增加导流墩头、整流柱、镂空底坎等组合整流措施,可有效消除复杂工程布置下前池的偏流和进水池的漩涡,为类似工程提供借鉴和参考.

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。

大型立式泵站簸箕型进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的簸箕型进水流道 ,应用紊流模型对流道内部流态及水泵吸水管各断面流速分布进行了数值模拟 ,计算结果符合实际情况。数值计算揭示了簸箕型进水流道内流动规律 ,进水流道吸水管下方存在奇点 ,如相关设计参数不当易产生漩涡。根据计算分析 ,提出大型泵道簸箕型控制参数 。