多工况下不同叶片包角的斜流泵水力特性研究

为研究多工况下不同叶片包角的斜流泵水力特性,在斜流泵叶片包角取值范围内和主要几何参数不变的条件下,对包角为60°、65°、70°、75°和80°的斜流泵模型进行8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d三种流量工况下的数值模拟计算。多维度内部流场分析结果表明:(1)随着流量的增加,叶轮内部流道流场回流漩涡现象减小,效率逐渐提高;(2)截面1中在设计流量Q_d条件下,随包角(60°~70°)的增大,最大压力值逐渐减小,叶片流道扩散和逆压梯度降低,水力特性整体较优;(3)在(70°~80°)范围内压力最大值依次减小,摩擦阻力也随之增加,叶片包角存在一个最优值;(4)截面2中70°、75°和80°三种叶片包角方案速度矢量值随着流量Q的增加逐渐增大,在60°和65°方案下无明显变化规律。研究成果为叶轮叶片包角的综合评估和选择提供参考。     

叶片包角对中比转速离心泵水力振动的影响研究

为了研究叶片包角对中比转速离心泵水力振动的影响,以一台比转速为103的中比转速离心泵为研究对象,探讨叶片包角分别为116°、122°、128°的3种离心泵在不同的流量工况下的外特性特征,设计流量下叶轮流道、蜗壳流道内监测点的压力脉动特性。研究结果表明:存在一个最佳的叶片包角122°使中比转速离心泵的扬程和效率最高,且最佳效率点向大流量点偏移;叶轮流道内各监测点的压力脉动随叶片包角的增大而逐渐降低,而各压力脉动幅值随叶片包角的增大而逐渐增大;蜗壳螺旋段内的压力脉动值沿流体流动方向逐渐减弱;随着叶片包角的增加,蜗壳流道内监测点的压力值逐渐增大,隔舌监测点和出口处监测点的压力脉动幅值也同步增大,而蜗壳螺旋段内监测点的压力脉动幅值逐渐减小。综合考虑适当地增大叶片包角可以减小离心泵的水力振动。     

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进 行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明：在叶轮的叶片安放角 0°、双侧可调导叶的叶片 调节角 0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为 59.29%,引水工况时泵装置最高效率为 58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部 流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于 92%,速度加权平均角均大于 89°, 直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出 口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参 考价值。     

叶片包角对高比转速离心泵水力性能的影响研究

高比转速离心泵流道宽大,包角的大小将直接影响其水力性能。基于N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对5种不同的叶片包角模型在多种工况下分别进行了数值模拟计算分析,以对不同包角下的外特性变化趋势、叶轮内部的三维流线以及湍动能变化规律进行研究。研究结果表明:(1)随着叶片包角的增大,离心泵的最高效率点表现为先增加后减小,扬程随着流量的增大而下降,当包角增大到一定限值时,下降的幅度最为明显;(2)离心泵叶轮流线在相同的流量下,随着叶片包角的增大,流线愈发平顺光滑且越趋于叶片线型时,叶轮的总压随包角的增大而逐渐减小;(3)在设计工况下,低速区主要集中在叶轮进口的叶片工作面处,随着叶片包角的增大,湍动能逐渐减小;(4)当叶片包角在110°附近时,该泵的水力性能即达到最优。研究结果可为今后对高比转速离心泵的研究提供一定的参考。     

两种簸箕形进水流道泵装置数模分析与比较

利用三维湍流数值模拟方法分析比较了两种流道在带泵与不带泵情况下进水流道的出口流场情况以及流道水力损失情况。研究结果表明,两流道在各工况下,内部流态良好,无漩涡或脱流。水流在到达两流道出口断面时速度均匀度已经比较理想分别达到94.40%和94.58%,速度加权平均角分别达到89.9°和89.9°。泵装置的计算结果表明叶轮旋转对水流流速均匀度的影响较为明显,而对水流速度加权平均角的影响微小。水泵叶轮旋转对进水流道的水力性能会有一定的影响,泵装置水力特性并不是泵水力特性和流道水力特性的迭加。在大流量工况区流道形式1的水力性能稳定性要稍优于流道形式2。更多还原     

低扬程灯泡贯流泵水力特性及内部流场数值模拟

为了更加深入地研究灯泡贯流泵及其后置导叶的水力性能,采用CFD方法,借助于RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLIEC算法,对灯泡贯流泵装置全流道进行了数值模拟,分析了其在4种特殊流量工况点下机组后置导叶的流动特性,研究了灯泡贯流泵的内部流动特征。结果表明:在最优工况点时,泵装置的内部流态较好,水流平直顺畅,导叶的导流作用最好;在小流量工况下,泵叶轮进口处出现了大范围的回流、漩涡区,叶轮出口处出水流的流态紊乱,相邻叶片翼型周围有明显的回流区,后置导叶翼型周围的流态紊乱,存在大范围的不良流态区域;在大流量工况下,叶片周围流态较好,出水流态内的回流区较少,但导叶周围的流态较差。可见,后置导叶对叶轮出口处水流的导流作用明显,偏离最优工况时,导叶区的水力损失较大。     

不同导叶数对立式斜流泵水力特性影响的研究

为探索立式斜流泵导叶片数对水泵水力性能的影响,选择比转数ns=542.3的模型泵为研究对象,分别对双向FSI模型和单一流体域不同模型进行了比较研究。结果表明,双向FSI模型更加适合模拟斜流泵,能反映泵内水体真实流动规律;随着导叶片数的增加,泵内水力损失逐渐增大,当导叶数增加到7片时,泵内水力损失最大,占总扬程的15.20%;当导叶为3片时,泵内水力损失最小,只占总扬程的3.34%,且导叶出口速度分布以及导叶表面静压分布都较为合理。研究结果可为立式斜流泵导叶数的选择提供参考。     

导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场影响的试验研究

针对活动导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场和模型性能的影响,在高精度模型通用试验台上对一低比转速模型水泵水轮机导叶区的流场运用粒子图像测速(PIV)系统进行了测量。测量结果显示,同一开度下随着流量减小,无叶区内的流速出现增大的趋势;同一流量随着开度的减小,导叶前流速明显增大,模型效率下降。模型试验在转轮无空化条件下进行,但在8 mm开度83%最优流量工况,由于流速高、冲角大,造成位于高压侧的导叶头部发生了明显的绕流空化现象,并引起了固定导叶流道宽频带的压力脉动。研究成果可为水泵水轮机的优化设计和安全稳定运行提供试验依据。     

离心泵叶轮旋转失速团特性分析

旋转失速是一种会显著降低水泵性能的不稳定流动现象。为研究离心泵旋转失速团的特性,采用动态混合非线性SGS模型对一离心泵叶轮进行了大涡模拟,得到了泵内部失速流场和压力脉动特性。研究发现,对于所研究的叶轮来讲,叶轮失速频率为转频的24%,叶轮内存在3个失速团,失速团的转速为叶轮转速的8%。对不同时间的内部流场进行分析,可以看到失速团首先产生于叶片吸力面,并逐渐增大,几乎阻塞了整个流道,导致顺着叶轮旋转方向的相邻叶片的进口冲角减小,该通道过流能力提高,退出阻塞状态;而在逆叶轮旋转方向的相邻叶片的进口冲角增大,通流能力减弱,直到流场也发生阻塞。按照这种传播规律,失速团在叶轮流道内以8%的叶轮转速缓慢传播。     

含气率对气液两相流离心泵性能的影响

为了研究进口含气率对气液两相流离心泵外特性以及内部流场特性的影响,该文采用计算流体动力学分析方法对某一气液两相流离心泵进行三维数值模拟研究。结果表明:扬程随着进口含气率的增加而降低,特别地,当进口含气率由3%增加到5%时,泵的扬程相对于纯水设计工况降低了37%;气液两相流工况叶轮流道会出现气体聚集区域,随着进口含气率的增加气体聚集区域面积也会增大;气体主要聚集在叶轮流道的上盖板附近,且随着进口含气率的增加气体聚集区向叶轮出口扩散。通过该研究得到以下结论:进口含气率的增加会导致泵的扬程降低;进口含气率会影响叶轮内部气体分布规律,进而影响内部流场,导致泵的性能发生改变。     

斜向波浪作用下海底管线周围水动力特性数值研究

管线周围的水动力因素是管线冲刷的主要原因之一。基于OpenFOAM开源程序,结合改进后的速度入口造波法,建立三维波浪数值水槽,耦合分离涡紊流模拟方法,对管线周围水动力特性进行研究。分析了波浪入射角为30°、45°、60°和90°和KC数为5、8和11的波浪作用下,管线周围的流场结构进行分析,探讨入射角和KC数对管线周围水流结构的影响规律。结果表明:波浪作用下,入射角和KC数对管线周围水流结构具有较明显的影响。且随入射角增大,管上表面水流分离现象明显,管后正负涡量相邻分布的特征减弱;随KC数增大,管线附近涡量分布范围增大,正负涡量逐渐分离。     

不同导叶参数对混流泵水力性能的影响

为探求不同导叶参数对混流泵水力性能的影响,以比转速为438的模型泵为研究对象,在模型试验验证的基础上,采用计算流体动力学方法,以常规导叶设计为基础,在保持其他参数不变的情况下,分别数值模拟计算了4种不同导叶叶片数方案和7种不同导叶片扫掠角度方案的混流泵段水力性能。数值模拟结果表明:改变导叶叶片数对混流泵段外特性影响明显,不同流量下存在不同的最优叶片数,小流量工况运行时,应适当增加叶片数,大流量工况运行时,应适当减少叶片数;不同导叶片扫掠角度对大流量区域影响显著,不同流量存在不同的最优导叶片扫掠角度且随着流量的增大从-16°逐渐偏向+24°;在流量为510 L/s时,计算扫掠角度范围内对效率的影响达5.5%。     

鱼类下行过坝的导鱼栅系统设计及试验研究

以龙开口水利枢纽为例,提出一种辅助鱼类下行过坝的导鱼栅系统方案。该方案首先结合大坝泄流建筑物的特点确定导鱼栅系统的布置位置,然后以鳙鱼为试验对象,用控制变量法并选择四种导鱼栅叶片角（15°、30°、45°、90°）和三种导鱼栅布置角（15°、30°、45°）在室内开展模型试验,以确定最优运行工况。研究结果表明,导鱼栅系统布置在该枢纽的灌溉引水口最佳。试验中,当布置角控制为30°时,四种叶片角下的鱼类通过率分别为53%、95%、59%和72%;当叶片角控制为30°时,三种布置角下的鱼类通过率分别为53%、95%和41%。因此,在导鱼栅叶片角和布置角同为30°时,导鱼栅系统辅助鱼类下行的效率最高,通过率为95%。研究成果可为我国类似导鱼栅系统设计提供参考。     

内联式脱液器导叶几何参数优化的数值研究

对于低含液浓度的气液两相流,内联式脱液器具有良好的分离性能,导流叶片的几何尺寸是影响内联式脱液器分离性能的重要因素。该文借助ANSYS FLUENT软件,在建立稳定可靠计算模型的基础上,分析了不同导叶个数(6、8和10个)及导叶出口角(25°、30°、40°、45°、50°和55°)对内联式脱液器气液分离性能的影响。数值模拟结果表明:在稀相时,8个导叶的内联式脱液器分离效果最好;在一定条件下,内联式脱液器的分离效率随导叶出口角度的增大而增大,其中当液滴粒径大于30mm且导叶出口角度为45°时,分离效率已接近98%,此时再增大导叶出口角度对分离效率提升并不大,反而会增加压能损失,消耗能量;同时研究还发现当导叶出口角度一定时,脱液器的气体进出口压降随入口速度的增大呈抛物线上升,与局部压降公式吻合,且可以用能量损耗系数K表征内联式脱液器单元运行过程中的能量损耗。     

Experiments and numerical simulations on transport of dissolved pollutants around spur dike

The flow field around a spur dike has three-dimensional characteristics.In order to analyze the influence of the flow field on pollutant transport,based on a compressive volume of fluid(VOF)scheme,the three-dimensional transient compressive pollutant transport model(CPTM)and the cubic equation(CE)bounded differencing scheme were developed.For the calibration and validation of CPTM,laboratory experiments were carried out in a flume with a non-submerged spur dike.The spur dike was angled at 60°,90°,and 120° from the upstream direction.The simulation results agreed with the experimental results.The simulations and experiments showed that the distribution of pollutant concentration was determined by circumfluence and the main flow.Concentration decay in the circumfluence zone was slower than that in the main flow.Downstream of the spur dike,the concentration fluctuation became intensive with the increase of spur dike angle.     

主应力方向角对重塑黄土各向异性的影响研究

为探究主应力轴循环后不同主应力方向角对青海重塑黄土各向异性的影响,对取自青海西宁地区的黄土进行了主应力循环后的定向剪切试验。试验结果表明:主应力方向角对重塑黄土各向异性具有显著影响,不同主应力方向角下重塑黄土的八面体剪应力-应变曲线和偏应力-主应变曲线均表现出很大差异,且不同主应力方向角下土体归一化强度不同;当主应力方向角超过60°时,土样剪切破坏的八面体剪应变变小;土体大主应变曲线的发展趋势与八面体剪应变相似,主应力方向角不超过75°土体中主应变不断向正向发展,主应力方向角为90°时,中主应变有着不同变化趋势,不断向负向发展,土体小主应变的总体变化趋势为负向;重塑黄土归一化强度随主应力方向角增大呈非线性降低,且主应力方向角为90°时土体归一化强度最小。     

前置掺气坎角度对溢流坝阶梯面消能特性的影响

将掺气坎布置在宽尾墩出口和阶梯溢流坝首级台阶的中间位置,能有效减小高坝泄水建筑物在高速水流作用下发生空蚀和冲刷破坏的概率。利用水气两相流模型并联合RNG k-ε模型,模拟计算不同前置掺气坎角度对溢流坝阶梯面掺气浓度和消能特性的影响,前置掺气坎角度依次取8°,10°和11.3°。其中模型采用VOF方法对自由水面进行处理,利用几何重建方式对水气面附近进行插值,采用PISO算法和非定常流算法进行计算。模拟计算结果表明,在不同前置掺气坎角度下,阶梯面平均掺气浓度沿程变化趋势为总体减小并在后几级台阶处保持不变;在靠近掺气空腔后的台阶处,沿阶梯水平近壁面凹角到凸角方向,掺气浓度的变化趋势为先减后增,而沿阶梯面垂直近壁面凹角到凸角方向,掺气浓度的变化趋势为先增后减,且同一断面的掺气浓度随前置掺气坎角度的增加而逐渐增加;在靠近反弧段的阶梯上,沿阶梯水平近壁面凹角到凸角方向,掺气浓度的变化趋势为逐渐增大,而沿阶梯面垂直近壁面凸角到凹角方向,掺气浓度的变化趋势为逐渐减小,随着前置掺气坎角度的增加,同一断面掺气浓度随着增大,且泄水建筑物消能率随之增大。     

圆柱桥墩局部冲刷机理试验研究

为进一步探索圆柱桥墩局部冲刷机理,分别从桥墩附近水流流速分布特性、桥墩冲刷特性以及冲刷与流速相互关系对圆柱桥墩顺水流向不同布置方式的局部冲刷水力学特征进行了模型试验研究.结果表明:两排10桥墩顺水流(桥墩轴向与水流方向夹角分别为90°,60°,30°,0°)均匀布置时,桥墩轴向与流向夹角越小,流速在桥墩上下游紊动越小,对下游影响范围越大,且流速越大,冲刷深度和范围越大.顺水流布置0°夹角时,冲刷程度最小,在相同流量下,冲刷稳定历时最短;垂直布置(90°夹角)时,冲刷程度最严重,所需冲刷稳定历时最长,且随着流量的增大,桥墩墩前冲刷坑最深位置逐渐向水槽中间偏移.