大型泵站正向进水前池流态的数值模拟研究

采用三维紊流数值模拟方法,通过建立数学模型,对泵站正向进水前池在不同扩散角和各种开机组合条件下的水流流态进行了数值模拟。模拟的速度等值线图和速度流线图表明,泵站前池的水流流态主要与前池结构、机组开启组合状态、前池内已形成的泥沙淤积有关。     

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。     

多泥沙河流侧向进水泵站开机组合对前池流态的影响研究

为探索多泥沙河流侧向进水泵站不同开机组合对泵站前池流态的影响,选取甘肃省景泰川电力提灌工程灌区一期总干三泵站侧向进水前池为典型研究对象,现场取样分析泵站引水含沙情况,利用超声波多普勒流速流向仪对前池流场进行现场实测,同时引入逆向工程技术构建现场淤积状态下进水前池(以下称原位前池)三维几何模型,采用FLUENT软件基于Realizable k-ε湍流模型及Mixture多相流模型对原位前池水流流态进行数值计算,对比分析数值模拟结果与现场测流结果,验证了数值模型的可靠性。在此基础上,分别对10种不同开机组合方案下未淤积状态下的进水前池(以下称原型前池)流态进行了数值模拟分析。研究结果表明:前池外侧边壁及末端存在回流区及泥沙淤积问题,基于逆向工程的原位前池流态数值模拟结果与现场测流结果相吻合;原型前池主流扩散效果不佳,泵站机组对称开启,同时避免两端机组停机尤其是末端机组停机,前池水流流态较好。本文提出的研究思路对泵站前池流态数值模拟研究具有一定的应用价值,研究成果可为类似泵站工程优化设计和优化运行提供参考依据。     

大型泵站前池复杂流场的数值模拟及优化设计

杭州三堡排涝工程的泵站前池兼有正向和侧向的进水水流,在一定的运行条件下,侧向的折冲水流影响正向主流流态,造成进水池中出现主流偏移、脱壁和旋涡,对泵站的运行效率有较大的影响。通过对该工程不同工况下的泵站运行进行数值模拟获得前池的流场,据此评价折冲水流对泵站机组运行的影响,提出设计调整方案,增加整流措施,并根据调整后的流场计算结果,反馈调整方案的可行性。     

不同开机组合下泵站前池与进水池中的水流流动特性

泵站前池和进水池能够为泵站提水提供良好的保障。运用立式离心式水泵泵站模型,在参数确定后,构建泵站前池与进水池计算模型。基于此计算模型,制定8种不同的开机组合方案,进行前池与进水池的流态、吸入管进口的流动、瞬间流动特征的分析,进而研究不同开机组合下泵站前池与进水池中的水流流动特性,揭示不同开机组合对泵站前池与进水池内部水流流动的影响,为泵站的安全稳定运行提供有利支持。     

不同进水流速对泵站进水池漩涡的影响

为探究泵站进水流速大小与泵站进水池水流流态、漩涡的产生与发展变化规律,结合泵站实际运行情况,建立引渠、前池、进水池和进水管的泵站物理模型和湍流数学模型,采用VOF模型和非定常的SST k-ω湍流模型对9种不同流速的泵站进水水流特性进行数值模拟,分析不同进水流速的泵站进水池水流流场分布、漩涡涡量的变化及分布规律.研究结果...     

“Y”形导流墩几何参数对侧向进水泵站前池流态影响

为改善侧向进水泵站前池流态,基于CFX软件,采用RNG k-ε紊流模型,对无整流措施和布置"Y"形导流墩情况下的侧向进水前池进行了数值模拟,分析"Y"形导流墩位置、高度、角度、长度等因素对侧向进水泵站前池流态的影响。数值结果表明:无整流措施时,泵站前池左侧区域存在大面积回流区,泵站右侧机组水流偏斜非常明显,对机组有不利影响;"Y"形导流墩具有分流作用,通过在进水池前布置"Y"形导流墩可显著均匀流速、消除回流区,水流能够更均匀地流入各台机组。研究发现,当"Y"形导流墩位于进水池前33.33 D0、高度为1.11 D0、角度为120°、长度为2.78 D0时,侧向进水泵站前池流态有明显改善,进水池前行近流速分布更加均匀。     

南水北调来水调入密云水库调蓄工程典型泵站模型试验研究

通过物理模型,模拟南水北调来水调入密云水库调蓄工程典型泵站前池布置,进行水力试验研究,优化泵站前池设计,提高泵站运行管理水平,为保证泵站群输水稳定和运行安全,提供技术支撑。模型试验以西台上、埝头及溪翁庄等3座典型泵站作为研究对象,模拟了京密引水渠、泵站前池、泵站进水口等建筑物附近的水流变化。在各种不同的流量、水位及水泵机组运行组合的工况下,观测了泵站周围水流结构变化状况,分析了泵站前池、进水口等水流结构变化对泵站的影响,获得了多种安全运行条件下的数据参数。     

多机组泵站复合前池水流流动数值模拟研究

对某多机组泵站复合前池水流流动进行了CFD数值模拟计算,结果表明:复合前池各自泵房机组水流流动区域都出现了大范围回流区和低速区,水流流态紊乱,严重影响进水池进水均匀性;各泵房进水池有多台机组处于流速分布低速区和前方进水回旋等不良进水条件,甚至出现大尺度回旋;该多机组泵站复合前池平面布置图不合理,须进行CFD数值模拟或水工模型试验水力优化,获得最优水力性能。     

闸站并列布置工程泵站前池流态改善

为研究闸站并列布置工程泵站运行时清污机桥位置对前池内水流流态的改善效果，以南水北调东线刘山泵 站工程为例，基于 Navier-Stokes 方程和 Standard?k-ε 湍流模型对前池原设计方案和改进设计方案的进水流场进行 了定常数值模拟，分析比较不同开机组合时前池流场分布和流道进口后断面的流速分布均匀度及速度加权平均 角度，并进行水工模型试验验证。结果表明：原设计方案前池在 4 号和 5 号机组进水流道进口前存在回旋区，4 号 机组流道进口前产生有害吸气旋涡；改进设计方案前池将清污机桥整体向泵房方向移动 25?m，并将节制闸与泵站 间导流墙长度减短使其头部与清污机桥墩齐平，不仅消除了 4 号机组流道进口处有害吸气涡，还将 4 号机组进水 流道进口流速分布均匀度平均提高 2.5%，泵站进水流态改善显著。通过调整泵站进口清污机桥桥墩位置解决了 前池流态存在的问题，不需再另增底坎、立柱和导流墩等措施，研究成果可为同类型工程研究提供参考。     

侧向进水泵站流态模拟及改善研究

为解决侧向进水泵站前池和进水池内部大范围漩涡问题,以某一具体泵站为工程基础,基于三维不可压缩流体的雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用ANSYS CFX软件对前池和进水池进行数值计算,采用定性方法分析了前池和进水池所选横断面流态,采用定量方法分析了进水池内部所选纵断面特征线上轴向速度均匀度。通过数值计算流线图发现:对于原始方案,水流以斜交形式进入进水池,侧向进水泵站2#至5#进水池右侧边壁处存在大范围回流区域;为改善原侧向泵站进水结构的不良流态,通过多方案整流措施的数值计算,相比于原方案,采用导流墙和立柱相结合的整流措施,前池及进水池内大范围回流区域消失,整流后进水池纵断面特征线上的轴向速度均匀度总平均提高18.15%,最大提高至27.82%。研究成果为改善侧向进水泵站流态提供了参考。     

鸡冠石污水处理厂进水泵房模型试验与设计优化

通过大型城市污水泵房水力模型,进行集水池的流态观察和流场测试,管路的水力损失试验,抗吸气性能试验,集水池、出水井的浪涌试验,组合开泵运行性能试验等,提出了污水处理厂进水泵房设计的优化措施。使运行更稳定,流态更合理,并进行了优化方案的验证。在水泵组合运行时增加了流量,提高了效率。     

泵站电站进水口分层布置下泵站开启对电站运行影响研究

泵站、电站进水口分层布置,可充分利用河谷宽度,减少工程开挖量。但在此布置下,泵站开启过程对电站进水口可能形成不利的水流流态,影响电站的正常运行。针对以上问题,结合动网格技术,采用k-ε紊流模型对某枢纽泵、电站分层布置进水口水力特性进行了三维数值模拟,通过分析电站进水口附近水体的压力变化,解析泵站开启对电站正常运行的影响。结果表明泵站开启过程对电站正常运行有一定的影响。     

泵站超大扩散角压力前池立柱阵列整流的优化设计

受场地布置尺寸的限制,山东省黄水东调二期工程加压泵站压力前池的扩散角度达到78.8°,大大超出正常前池扩散角的范围。根据该站不同运行工况时的压力前池三维流场数值模拟分析结果,该站压力前池内因扩散角过大而导致存在大范围的回流区,对水泵安全稳定运行构成严重威胁。为了使该站在前池扩散角很大的情况下能够为水泵进口提供较为理想的流态、保证水泵正常运行,采用基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型的CFD方法,利用该站压力前池内的数十根结构支撑立柱,在压力前池控制尺寸不变的条件下,采用立柱排列与前池侧壁边界型线调整相配合的技术方案,进行了前池整流优化研究。研究结果表明:前池整流优化方案消除了该站大扩散角压力前池原方案中的大范围回流区和喇叭管附近的紊乱流动,各工况下水流能够较为平顺地流向喇叭管;各工况下喇叭管出口的流速分布均匀度平均值均不低于98%,水流角度平均值均不小于87°,可为水泵运行提供符合要求的流态;结构复核计算结果表明压力前池优化方案2能够满足柱体结构强度和顶板变形的要求。该泵站前池已按本文研究结果实施,泵站建成后的实际运行情况表明,水泵机组运行安全稳定。     

城市供水泵站启停机对前池涌浪的影响

在调压室理论基础上,分析了泵站前池涌浪的波动周期和规律,并据此得出了单泵和多泵运行工况下,水泵不同时间间隔启停机的涌浪叠加效果。研究表明,数值计算结果与理论分析的规律一致,前池最不利的涌浪叠加时刻为上游管道流量的最大（小）时刻,该时刻对应前池水位变化梯度最大的时刻。在单台水泵进行启停机操作时,泵站其他正常运行机组的台数越多,越有利于平抑因该台水泵启停机而产生的前池涌浪叠加幅值。     

大流量工况下预制泵站内部流动特征

针对预制泵站的大流量运行工况,提出多筒体布置方案,采用计算流体动力学方法对预制泵站全流道内的三维流动进行了模拟与分析,借助流动参数分布研究预制泵站的运行特征。根据流量分配的原则设计了4筒体顺序并联和对称并联两种方案,每个筒体内包含2台输送泵。在两种并联方案条件下进行了8台泵同时运行的流动模拟与分析,获得了输送泵和筒体内的流量分布,总结了输送泵实际运行工况偏离其设计工况的原因。对泵内流动状态进行了对比,分析了相邻泵之间的相互干扰。通过分析预制泵站出口管路内的速度和压力分布、流量分配方案及泵站底部流动特征对泵站运行的影响,描述了影响泵站运行稳定性的水力因素。研究结论为预制泵站的设计、控制和运行提供了参考。     

侧向引水及进水泵站进水流态CFD 模拟分析与优化

应用realizable k - e紊流模型与SIMPLEC算法,对某侧向引水及进水泵站进水侧水流流场进行数值模拟和流动分析,分析表明,该泵站的进水侧水流具有弯道水流特点,数值模拟结果与理论分析结论相吻合。根据该类泵站进水侧水流流场特点,提出采用导流栅作为水力优化途径,并以泵站进水断面处动量分布和进水池断面平均流速均匀度为评判依据,对不同的导流栅整流方案的水力优化效果进行数值模拟研究。成果表明,设置导流栅对泵站引水段的动量分布具有明显的调整作用,泵站进水断面的流速分布与引水段动量分配均匀度有关。适宜尺寸的导流栅可以有效减弱引水段的进水环流作用,使水流在转向后纵向流速较快地恢复正常分布,从而进一步提高泵站进水池流量分配的均匀度。     

胥浦活水泵站肘形进水流道流态分析及优化

胥浦活水泵站为一座长江边低扬程引水泵站,设计流量5.0 m3/s,最大扬程3.3 m。为适应其低扬程、小流量的特点,选用了全贯流潜水泵,在原胥浦节制闸底板上改建安装。为了保证在长江低水位时,水泵进水口完全淹没,进水流道型线平顺,流道内无涡带或其他不良流态,机组启动正常和运行稳定,利用三维数值建模、边界条件设置与三维湍流流动模拟,运用计算流体动力学CFD方法,进行进水流道内部流动数值模拟,多方案分析和比较进水流道内部流态、水泵进水条件和流道的水力损失。计算结果表明,进口尺寸1.1 m×3.4 m(高×宽),出口直径1.2 m的型线B方案进水条件好,流道水头损失小,满足水泵高效运行的要求。优化设计方案为泵站安全运行提供最优的设计进水流道型线和设计参数。     

泵站前池隔墩整流的数值分析

 泵站前池扩散角过大会在池中形成边侧回流,恶化水泵的进水条件,因此一般需要研究适当的整流措施。应用正交曲线坐标系下的二维水深平均数学模型,对大扩散角的正向泵站前池中设置隔墩前后的流态进行了数值模拟,以分析设置隔墩的整流效果。计算中在交错网格上对控制体积分得到离散方程,并用SIMPLEC算法求解。数值模拟表明,对所研究的泵站前池,适当设置隔墩对前池扩散角过大引起的不良流态有明显的改善效果。     

白沙滩泵站进出水流道数值优化研究

将CFD技术应用于白沙滩泵站工程进、出水流道的优化设计.基于Navier-Stokes方程和标准k～ε紊流模型,依据三维数值模拟的结果,优化泵站进、出水流道的几何参数,改善了流道内流速分布情况,提高了泵站装置效率.