大型泵站快速闸门断流过程理论研究

从机组停泵动态过渡过程着手,结合闸门自身运动特点,从理论上分析快速闸门的下落速度、闭门时间和闭门撞击力,建立快速闸门下落运动的数学模型,提出计算方法,并结合工程实际进行理论分析验算,对比现场实测结果,两者较为接近。快速闸门断流过程理论研究,对大型泵站的设计。

低扬程水泵装置停泵过渡过程的近似计算

根据低扬程泵装置管路特性、水泵机组的动力学特性和停泵过渡过程中泵系统能量守恒原理以及泵相似理论 ,并结合现场实测停泵过渡过程曲线的特征点 ,提出了低扬程泵站停泵泵工况动态特性计算的数学模型。

低扬程大型泵站停泵动态特性计算

基于刚性水锤理论,分析和表达了低扬程大型泵装置水力特性和泵机组动力学特性,并运用最小二乘曲面拟合的方法仿真模拟了水泵的全性能曲线,建立了事故停泵动态特性计算的有限差分非线形方程组,采用了牛顿-莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解。该数学模型被应用于模拟南水北调淮安三站贯流泵机组事故停泵过渡过程计算。

贯流泵站液压快速闸门断流停泵过渡过程分析

基于刚性水锤理论,分析了贯流泵站泵装置水力特性、泵机组动力学特性,并运用最小二乘曲面拟合方法仿真模拟了水泵全特性曲线;建立了贯流泵站液压快速闸门断流停泵过渡过程计算的有限差分非线形方程组,并采用牛顿-莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解.利用该数学模型数值模拟了南水北调淮安第三抽水站贯流泵机组停泵过渡过程,结果表明,该数学模型能较好地模拟贯流泵站停泵过渡过程.

大型贯流泵站机组启动过渡过程仿真计算

基于刚性水锤理论,分析贯流泵站的泵装置水力特性、泵机组动力学特性,运用最小二乘曲面拟合方法仿真模拟了水泵特性曲线,并将水泵瞬态扬程分解为稳态扬程和惯性水头扬程,相应的水阻力力矩、推力轴承摩擦力矩也分解为稳态力矩和惯性水头引起的附加力矩,建立贯流泵站启动过渡过程计算的有限差分非线性方程组,采用牛顿-莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解.利用该数学模型对实际工程中的某大型贯流泵机组启动过渡过程进行了仿真计算.

压力波动预止阀关闭特性对泵站水锤的影响

为了获得压力波动预止阀在防护泵站水锤方面的水力性能,采用特征线法,通过构建水泵与压力波动预止阀的数学模型,以宁夏固原地区某高扬程泵站为例,详细分析了压力波动预止阀的5种关闭特性曲线对泵站水锤防护效果的影响.结果表明:压力波动预止阀在全开状态并选择针形阀曲线类型时达到最大外泄量;压力波动预止阀在关闭过程中,通过阀门流量的减少率接近于阀门开启面积的减少率.当压力波动预止阀选择为蝶阀类型的减速关闭曲线时,可使泵站出口压力波动最先达到稳定.同时,当压力波动预止阀的曲线类型由加速关闭曲线、常速关闭曲线至减速关闭曲线变化时,整个输水系统最高压力极值下降,而系统最低压力极值上升.因此,压力波动预止阀关闭特性选择为减速关闭曲线类型时,可防护的系统最高压力最小,最低压力最大,从而更有利于水锤防护.

三维数值模拟在泵站侧向进水前池的应用

泵站布置形式因进水方式不同通常分为正向和侧向两种进水方式,侧向进水时前池来流方向和前池中的主流方向存在夹角,此时由于弯道水流的运动特性,侧向进水前池容易产生主流脱壁、回流和漩涡等不良流态,难以形成良好的水泵进水条件,影响机组的安全运行。针对古德洛尔电厂一期侧向进水泵站前池,采用RNGκ-ε双方程紊流模型封闭雷诺平均的N-S方程,利用SIMPLEC算法对泵站前池及部分引水明渠水流流场进行三维数值模拟,对比分析设计方案修改前后前池水流的流速、涡量、水面线等水力参量分布特性,并以典型断面流速分布均匀度为目标函数分析整流措施前后前池内流速分布均匀度变化,验证了增加合理的整流措施可以有效改善前池流态。

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。

泵闸结构流场的水力特性

为了提高泵闸工程工作的稳定性和高效性,采用计算流体动力学方法,以设计参数作为控制条件,运用Fluent软件对某泵闸工程进行了数值模拟计算和分析,并对闸门附近的结构进行了优化.结合河道过流特点,建立了断面有效过流面积率和过流均匀度两个表示过流断面水流流态的公式,并以此作为数值模拟优化的目标函数,对泵闸结构进行了优化.通过数值模拟,分析了引、排水工况下的水流及流场分布规律,分析了实际闸门附近的水流动特性和过流情况,分析了内河侧＂S＂形转弯对工程水流的影响.通过整体水工模型试验,对改造后的消能设施进行了论证.结果表明,改造后的内外河最大流速均小于0.6~0.8 m/s,且河道的有效过流面积率和过流均匀度均大于0.75.

风/光/抽蓄复合系统的建模与仿真

将抽水蓄能电站与风光互补系统相结合,建立了风/光/抽蓄复合系统数学模型,其中风力发电模型采用厂家提供的特性曲线利用线性插值的方法得到,光伏发电采用Hay模型,对可逆式水泵水轮机的水泵工况和水轮机工况分别建模,对蓄电池建立充电和放电模型.利用VC 2008开发工具开发了界面友好的仿真软件,实现了对复合系统中的风力发电机输出功率、光伏阵列输出功率、可逆式水泵水轮机的水泵工况与水轮机工况的输出功率及交流直流负载的仿真.通过实例计算得知:在风力发电机和光伏阵列的总出力小于总负荷量时,可逆式水泵水轮机运行在水轮机工况,发电供给负荷;在风速最大或光照最强的几个小时内,风力发电机和光伏阵列的总出力大于总负荷量时,可逆式水泵水轮机处于抽水工况,将多余的电能以水能的形式储存起来;蓄电池一般情况下都在满容量状态,只有在瞬时负荷或负荷很大时才放电,放电后又能及时充电.

污水泵站系统的预测控制

城市污水泵站管网系统是广地域分布的复杂系统 ,系统污水流量具有不确定性、滞后性与非线性特征。通过分析提出了污水泵站管网系统新的数学模型 ,以预测控制结合优化参数算法给出了新的控制策略 ,解决流量滞后和不确定性引起的污水溢出污染和机泵泵水优化节能控制问题。利用实际污水泵站采集数据进行模拟仿真及应用 ,结果表明该模型和控制策略有助于解决当前污水泵站运行中污水外溢问题 ,同时提高了泵水节能效果。

大型泵站改造中的水泵选型预测

根据相似理论，分析和表达了模型泵及泵装置扬程特性曲线和效率特性曲线，提出了预测原型泵及泵装置扬程特性和效率特性的数学模型，作为泵站技术改造水泵选型预测的理论依据；应用该数学模型对安徽上桥泵站技术改造中适宜的泵水力模型进行了比较、分析，预测了原型泵装置性能；以效率最优为准则，优选了适合于上桥泵站特征水位组合、流量的水力模型．优选结果为采用350ZMB-3．8模型；更换新泵后，在功率未增大的情况下，单泵流量加大5—8m^3／s．

供水泵站优化运行的混沌算法

以机组开机状态为变量,抽水流量和调速泵调速范围为约束条件,泵站总耗能最小为目标,采取直接优化的方法,建立了供水泵站优化运行的数学模型.利用混沌优化技术,通过对定速泵的变量取整以及判断调速泵转速是否在调速范围,形成泵站开机状态变量,对等式约束采取增加惩罚函数、不等式约束通过变量尺度变换和平移办法解决.应用Matlab语言编制优化计算程序,对泵站一天实际运行数据进行优化计算,总消耗功率比经验操作可减少3.67%左右.该方法简单易行,求解精度和可靠性较高,是解决既有定速泵又有调速泵泵站优化运行的有效方法.

泵站前池水沙流的数值模拟

针对泵站前池内的水沙流动,基于格子Boltzmann方法和大涡模拟思想,建立了二维浅水LBM-BGK模型和泥沙数学模型的联合计算模式,进行了水沙流的数值模拟研究.介观LBM-BGK模型采用了LES的亚格子尺度应力SGS模式模拟二维浅水方程,宏观二维平面泥沙数学模型包括悬沙输运方程、河床变形方程、水流的挟沙力公式等.水流与悬沙之间的求解方法采用非耦合解模式,即先求解出水流运动控制方程,再求解泥沙输运方程,推求前池底部的冲淤变化.最后,成功地模拟了泵站前池水沙流的流速分布、水深变化和旋涡的位置和尺寸,以及泥沙的冲淤变化,流速计算结果与试验结果比较吻合.计算结果表明:此联合计算模式在一定程度上客观地、较好地重演了前池内水流的基本流态以及泥沙的冲淤变化.

水电站叠梁门多层取水下泄水温公式

对于温度成层型水库,水电站进水口分层取水方式通常被采用,目的是有选择地取用水库的不同层水体,减免下泄低温水对下游河流环境的负面影响。目前缺乏简单实用的分层取水下泄水温的预测公式。笔者针对糯扎渡水电站工程,试验模拟水库水温分布,量测下泄水温;依据大量的试验数据,建立下泄水温预测公式;所提出的公式得到了锦屏一级电站下泄水温试验数据的验证。

节制闸与泵站联合工作的数值模拟研究

由于节制闸与泵站联合工作相互影响的流场难以确定,本文以青龙山灌区渠系联合工作的节制闸和泵站为例,利用MIKE21 FM水动力模型进行数值模拟,得到节制闸和泵站附近的流场要素,分析闸站之间的相互影响。结果表明:受到泵站引渠影响,节制闸的流场存在流动不对称现象、泵站引渠和节制闸都存在流速集中现象、流速超出护砌范围较大等问题,据此本文提出了对节制闸和引渠导墙布置的4种优化方案,并进行了数值实验验证,经优化后的布置方案流场对称性和泵站引渠流场稳定性明显得到改善,对节制闸与泵站联合工作的布置提供了一定的参考作用。

低扬程泵装置停泵过渡过程分析

针对大型低扬程泵站进出水流道较粗且较短的具体特点,忽略弹性水锤的影响,利用刚性水锤理论,并结合泵装置管路特性、泵机组的动力学特性和相似理论,建立事故停泵时泵的边界条件方程,得出大型低扬程泵站停泵过渡过程动态特性简易计算方法的数学模型和求解方法。通过具体计算实例与工程现场实测结果的比较,表明提出的计算模型是正确的。该数学模型对我国泵站工程设计和安全运行有一定参考价值。

轴流泵站经济运行方案的确定

轴流泵站建成后,灌排区域内作物组成、水文、气象等因素将发生变化,引起泵站进出水池水位、泵站扬程和流量发生变化,致使泵站运行效率低,能源消耗高.为保证泵站在原有设备的条件下经济合理地运行,达到提高泵站效率,降低能源消耗,减少运行费用的目的,提供了根据泵站的提水流量、进出水池水位和泵站扬程的变化,通过调节轴流泵的叶片安装角度,来提高泵站效率和降低能源消耗的技术措施,给出了用系统分析的方法确定轴流泵经济运行方案的数学模型、约束条件和求解方法.通过多座泵站的应用,并经泵站测试,泵站效率已得到提高,取得了良好的效果.为泵站的经济运行提供了依据.

大石峡水电站进水口水击压力模型试验研究

本文通过1∶21.05大石峡水电站发电引水系统水工模型,针对不同叠梁门高度取水,采用时间变态方法模拟单台机组和三台机组增甩负荷工况时,对叠梁门体及引水流道的水击压力进行测量分析。试验结果表明,(1)机组甩荷工况,叠梁门体及引水流道的水击压力符合从下游往上游、从底部往水面传播过程中逐渐衰减的规律;(2)机组增荷工况,各测点压力相对于开机前的静水压力产生一个较大的相对负压,并上下波动,波动历时较甩荷工况明显缩短,经历约20s后逐渐稳定在时均动水压力值附近。

十三陵抽水蓄能电厂200MW机组PSS投运试验及计算分析

论述了采用微机调节器自并励励磁系统的电力系统稳定器（ＰＳＳ） 工业投运试验方法，以及根据实测励磁及ＰＳＳ模型和参数进行的华北电网多机系统小干扰稳定计算。对推荐的ＰＳＳ优化参数进行了各种工况试验，确定了阻尼效果最佳参数，计算表明，这些参数有较强的适应系统工况改变的能力。