基于模型试验的导流墩对闸站合建工程通航水流条件的影响研究

闸站合建工程在闸行使通航功能时,导流墩附近出现回旋区、斜流等复杂水力现象,影响着船只通航安全性。采用物理模型试验方法对不同方案下的导流墩进行试验,并对试验结果进行分析。试验在自排工况下,设计了6种不同长度、不同开孔参数的导流墩方案对通航口门区水力特性进行研究。试验结果表明:方案4中导流墩适宜长度及开孔参数,可减小导流墩附近回旋区范围及墩头前斜流区,改善口门区水流流态,为通航提供了良好的水流条件,为类似闸站工程通航口门区整流方案提供参考。     

开孔导流墩几何参数对闸站工程前池整流效果的影响

为了改善闸站结合工程的泵站前池流态,采用计算流体力学(CFD)对闸站结合式泵站前池流态进行数值模拟,研究了开孔导流墩的长度、开孔宽度、相邻的孔口中心间距及开孔高度等因素对泵站前池流态的影响。结果表明:选择合适长度的导流墩能改善闸站结合工程的泵站流道进口的不良流态;在优选的长度下,进行导流墩不同开孔几何参数的对比计算,发现开孔导流墩长度为8.62D(D为水泵叶轮的直径)、开孔宽度为1.55D、相邻的孔口中心间距为2.16D、开孔高度为0.66h(h为前池水深)时,相比于其他几何参数的开孔导流墩,前池内流态能得到更好的改善,水泵入口流速分布更均匀,漩涡综合影响函数更低;CFD计算结果与模型试验结果基本吻合,研究成果可为闸站结合工程选择合适的导流墩提供参考。     

闸站结合泵站前池流态优化

为了优化闸站结合泵站运行时的前池流态,消除不良流态的影响,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,分析了不良流态发生的原因。提出了多种优化整流方案,研究了其整流效果,构建了由带通水孔的导流墙、Y型导流墩和沿流向导流坎所形成的组合式整流措施。数值模拟发现,带通水孔的导流墙能够有效缩小并上移导流墙后回流区,再借助Y型导流墩和沿流向导流坎的整流作用,能使前池水流均匀顺直地进入进水池,较好地解决了因横向流速产生的偏流问题。研究结果表明,该组合式整流措施使得进水流道进口流速均匀度由86.30%提高到了93.46%,进水池两侧轴向流速偏差度由原来的12.63%下降为3.47%,整流效果显著。研究成果可为类似泵站工程流态改善提供参考。     

某泵站导流墩结构数值模拟优化研究

闸站结合方式具有结构紧凑,占地面积小等诸多优点,成为泵站设计的重要形式。由于非对称式闸站工程结构复杂,在运行过程中容易出现前池流态不良问题。文章以某泵站为例,利用数值模拟的方法对导流墩体型优化问题展开研究,认为当导流墩长度为15 m,开孔宽度为3.0 m,开孔高度为1.7 m时,前池流态最好,建议在工程设计中采用。     

弯道河段下游泵站进水前池流态及整流措施

为改善弯道水流在泵站前池引起的偏流、回流、吸气旋涡等不良流态,基于FLUENT软件,将雷诺时均N-S方程与RNG k-ε双方程紊流模型应用于某实际工程侧向进水泵站前池的三维数值模拟中,对比分析整流前后泵站前池及进水流道流态的流速、流线变化,并建立流速分布均匀度目标函数,定量分析泵站进水流态的优劣。结果表明:在前池增设复合式导流墩并延长导流墙能够有效地调整弯道水流流向,减弱前池中的偏流和回流,提高水流的顺直度与均匀度,改善泵站进水条件,提高枢纽运行的工作效率。     

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。     

分流墩对排涝泵站进出水流态的影响研究

为改善水流流态，提高机组运行效率，本文以某排湖泵站为研究对象，搭建比尺为1∶30的水工整体正态模型，对该泵站进、出水流态进行模拟，并进行整流优化。研究发现：原设计方案下前池内流态较为紊乱，各流道流速均匀度偏低，在进水前池中隔墩处增设分流墩后，能够有效消除池内原有的水流回旋现象，提供较好的进水条件，各流道流速分布均匀度提高了5.88%～16.13%，改善效果显著。研究成果可为本工程及同类工程的设计、研究和运行管理提供参考。     

泵站进水池翼型导流板整流特性数值模拟

基于CFX求解器,针对具有通航功能的某小型闸站式侧向进水泵站进水池内的不良流态,开展了翼型导流板正交试验数值模拟研究。计算结果表明:无整流措施下,进水池流态紊乱,1～3号进水池存在大尺度的回旋区,流速分布不均匀,轴向流速分布均匀度仅为76.84%;在离进水池进口1D处设置4个仰角为25°的翼型导流板,进水池大尺度回旋基本消失,流速分布均匀,轴向流速分布均匀度为90.2%,提高了13.36%,水流平顺且均匀对称;翼型导流板可以有效破坏进水池内的回流,迫使破坏后的水流沿其上表面和下表面流动,流速分布均匀性得以改善。     

“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。     

隔墩整流在城镇泵站侧向进水池的应用

城镇泵站侧向进水间设置隔墩后,1#进水间消除了大尺度回流,2#进水间水流主流偏离及底层水流翻转现象得到一定改善;1#、2#进水间特征断面回流强度及回流范围均有较大幅度减小,1#特征断面流速分布均匀度出现正值;隔墩在侧向进水间整流具有一定效果,能改善水流流态,同时也说明了单一隔墩整流效果有限,需要多种整流手段结合应用。该研究成果对泵站侧向进水间设计具有一定借鉴意义。     

城市雨水泵站侧向出水箱涵整流措施模型试验

为研究上海某雨水泵站侧向出水箱涵的水力流态,采用物理模型试验方法对出水箱涵内部的水力流态特性进行分析,并针对发现的问题提出了在出水箱涵内加设由导流短墩、底坎、组合梁构成的组合式整流措施。试验结果表明:出水箱涵内部水流扩散不良,导致出水箱涵出口流量分布不均、主流居中且出口两侧出流较小;增设组合式整流措施后,出水箱涵在导流短墩、底坎、组合梁的综合整流作用下,显著均化了出水箱涵各孔流量,有效提高了出水箱涵的出流均匀度,解决了出水箱涵流态存在的问题。     

朝东圩港闸站枢纽导流墩及中隔墩设计

朝东圩港枢纽作为闸站合一的水利枢纽,其平面布置具有同类型枢纽的典型性,也面临同样的技术难题,即如何确保节制闸与泵站在结构上的可靠衔接,同时又要尽量减少二者在运行方面的相互干扰.该文介绍了朝东圩港枢纽通过在闸、站之间设置导流墩及中隔墩,巧妙解决了节制闸与泵站衔接的技术难题, 在满足闸、站各自功能要求的前提下,还充分利用中隔墩上部空间,优化配套建筑物布置,既改善了闸、站各自流态,又为工程的安全运行提供了充分保障.     

斜向管涵进流城市雨水泵站箱涵流态分析及整流措施研究

为了研究斜向管涵进流对城市雨水泵站水力流态特性的影响,探寻改善不良流态的有效整流措施,基于计算流体动力学(CFD)方法,开展斜向管涵进流城市雨水泵站箱涵流态分析及整流措施研究。针对不良进水流态,通过在闸门井内设计布置了3种不同的整流措施,分析比较各整流措施对箱涵进水流态及其配水均匀性的改善效果,优选出最佳方案并进行物理模型试验验证。研究表明:斜向管涵进流容易造成箱涵各孔流量分配不均且存在偏流、回流、旋涡等不良流态,从而恶化前池进水流态和影响泵站安全运行;采用"分流墩、组合梁以及相背布置短导流墩"的组合式整流措施可以显著改善闸门井、箱涵以及前池进口处的不良流态,有效提高箱涵各孔的流量分配的均匀程度,其中箱涵各孔流量分配不平衡度降至±0.03之间、箱涵总流量分配均匀度提高为0.905。本文的研究成果可为同类型城市雨水泵站设计提供有益的参考。     

巢湖兆河分洪闸泄流特性试验研究

受周边地形条件及环境限制,巢湖兆河分洪闸与河道呈垂直布置,进流条件不利。针对分洪闸与河道垂直布置这一特征,分别对开敞式和涵洞式分洪闸进行了水工模型进口流态试验分析,结果表明涵洞式分洪闸进流流态优于开敞式分洪闸,能更好地保证各闸孔的均匀进流。针对涵洞式分洪闸方案,研究了分洪闸敞泄和控泄的泄流能力,指出敞泄状态下进口行近流速对流量计算影响明显,在水闸规划设计中,应计入行近流速影响。为改善消能效果及出口水流与下游的衔接,进行了多方案消能防冲改进试验,结果表明尾坎作为一种冲击式消能工布置在挖深式消力池末端,可使出口水流流速分布更加均匀并与下游水流衔接更为平顺,明显增强消能防冲效果。     

闸站合建枢纽对河口通航影响的模型试验

为了改善河口平面闸站合建枢纽水闸出流时容易在闸下河道内出现主流集中、偏流、回流,外河航道内横向流速大等问题,提出了在消力池下游海漫段设置八字形低坎的整流措施。基于平面闸站合建枢纽水力学模型试验,对有、无整流措施两种条件下闸下河道的水流流态、流速分布、特征断面流速不均匀系数以及航道内的最大横向流速进行了测试分析与比较。试验结果表明:闸下海漫段设置八字形整流低坎可以使外河入口断面流速不均匀系数从无整流措施的4.5～4.9降低到0.3～1.4,且使外河航道内的横向流速大大降低,模型试验实测的最大横向流速范围在0.30～0.50 m/s之间。外河入口断面流速不均匀系数和外河航道内横向流速的显著降低有助于河口闸站合建枢纽的通航安全,是一种简单而有效的工程措施。     

闸站结合工程布置方案比选研究

闸站结合布置型式在水利工程中应用较为广泛,但在其运行过程中结构的相互影响关系较为复杂。以扬州市黄金坝闸站结合工程为例,拟定3种布置方案,运用ABAQUS有限元软件计算各类工况下的结构位移场和应力场。对各类布置形式下结构位移和应力的对比研究表明:闸站一体布置方案可以最大程度地降低闸站的总宽,工程量较小,且整体稳定性较好。经综合分析,确定该方案为较优的闸站结合布置型式。计算成果对今后闸站结合工程设计具有参考意义。     

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。     

城市排水泵站水力特性及整流措施

为了解弧形进水箱涵城市排水泵站水力特性,探寻改善泵站内部不良流态的整流措施,采用数值模拟方法对城市排水泵站水力流态及整流措施进行研究,并通过物理模型对整流效果进行验证。研究结果表明：弧形进水箱涵城市排水泵站的前池存在主流偏斜与分离流动现象,前池主流集中在中上层,中下层出现大范围的立面环流,底层存在回流,进水池内流态紊乱并出现旋涡,导致水泵进水不够顺畅;设计优化的“方形立柱+组合横梁”的组合式整流措施能够改善前池和进水池的水力流态,前池内的偏流和分离流动消除,底层回流消失,进水池旋涡得到有效抑制,3台水泵进水流道入口流速分布均匀度分别提升了12.0%、8.7%、8.3%,入流速度加权平均角分别提升了7.08°、9.07°、11.40°。