泵站大扩散角前池楔形导流墩设置方案优化试验研究

泵站前池扩散角对水流流态存在直接影响,采取科学、有效的整流措施,改善前池水流流态具有重要的工程意义.以某泵站改建工程为例,利用模型试验的方式探讨楔形导流墩对前池流态的改善作用,并提出最佳设置方案.试验结果显示,优化后的设置方案可以获得良好的前池流态改善效果,建议在工程设计和建设中采用.     

Y形导流墩几何参数对泵站前池整流效果的影响

为了改善泵站前池流态,基于Fluent软件,运用可实现的k-ε模型对加Y形导流墩的正向进水泵站前池流态进行数值模拟,分析Y形导流墩几何参数对前池流态改善的影响。结果表明:Y形导流墩具有分流效果,流经Y形导流墩的水流会沿其两翼发生扩散,同时在Y形导流墩尾后产生漩涡。无整流措施时,泵站前池流态紊乱;通过在前池加设Y形导流墩可显著改善流态;Y形导流墩位置宜在前池中间,其中长度、高度、尾部夹角越大,两侧漩涡越小,行近流速分布越不均匀。     

泵站侧向进水三维流动数值模拟

为研究闸站枢纽泵站进水流动特性,运用三维湍流数值模拟的方法,模拟了枢纽进水流动形态,对进水回流的形态及位置进行了计算分析。结果表明:枢纽泵站前池流态的主要影响因素为闸站结合部隔流墙及上游河宽与前池宽度的比值;在各种流态改善措施中,前池设置导流墙能取得较理想的整流效果;对于闸站合建枢纽此类侧向进水流动,底坎、底坡等措施整流效果不大。     

城市排水泵站进水前池水力特性数值模拟研究

前池是泵站的重要组成部分,是引渠和进水池的衔接段。城市排水泵站由于受条件限制,其前池的扩散角度、长度一般不能满足设计规范要求,易在前池里形成不良水力现象,影响水泵的工作性能。为改善进水前池流态,结合上海某排水泵站,采用雷诺时均N-S方程结合标准k-ε湍流模型,用有限体积法进行离散,压力速度耦合采用适合于稳态问题的SIMPLE算法,对泵站进水前池水力特性进行数值模拟研究。针对该泵站前池的布置特点,提出布设梯形底坎和增设导流扩散墩两种改善前池流态的工程措施,并分别进行数值计算,对比分析整流效果,给出推荐方案。     

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。     

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。     

“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。     

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。     

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°。     

城市输水泵站前池流态及整流措施

鉴于城市输水泵站受用地限制,一般布局较为局促,前池内易产生回流、漩涡等不良流态的现状,为改善前池流态,结合某底部涵管进水形式的城市输水泵站,采用雷诺时均方程结合RNG k-ε湍流模型,对泵站前池流态进行了数值模拟,研究适用此类城市输水泵站的整流措施。数值模拟计算结果表明,泵站前池两侧存在大尺度回流,进水池进流流量分配不均,水泵进水条件较为恶劣;采用八字形导流墩和底坎的组合式整流措施,能有效地将密集居中的主流分散,消除前池两侧的大尺度脱壁回流,均化进水池进流,使泵进水状况变好,提高泵站运行的可靠性。     

大型泵站进水前池复杂流态下机组启动组合优化

为解决杭州三堡泵站同时受正向和侧向进水水流影响的问题,建立进水建筑物二维数值模型,通过数值模拟计算不同机组启动组合和泵站前池的流场,以此评价前池水流的均匀性,分析涡流、脱壁等不利水流状态。通过提出泵站运行时不同台数机组的最优组合,以提高前池运行的平稳性、泵站机组设备的安全性。计算结果表明,采用二维数值模拟进行分析的研究方法可行,对大型泵站前池复杂流态下机组启动组合优化有一定参考价值。     

特低扬程泵站水力性能研究

采用数值计算和物理模型试验方法研究特低扬程泵站的水力性能,并以苏州市东风新平面S形轴伸泵为例,对其内、外特性,包括装置的水力性能、流道沿程典型断面流速分布、空化特性及进出水流道的水头损失进行分析研究。通过对数值模拟计算及物理模型试验成果的逐项对比,证明数值模拟方法在特低扬程泵装置性能研究中具有良好的应用价值,特别是在高效率附近区域,数值模拟计算成果具有良好的精度。对断面流速分布和流道水力损失等内特性的进一步分析,揭示了不同工况下泵站性能差异的原因,为进一步优化流道型线提供了依据。     

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。     

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.     

喀麦隆曼维莱水电站无压引水系统瞬变流分析

针对喀麦隆曼维莱水电站无压引水系统明渠的过流能力及其水力瞬变流特性,基于明渠水流的基本方程,推导得到了相应的特征隐式格式算法以及边界条件,建立了长明渠引水式水电站瞬变流分析的仿真模型,并进一步结合工程实例揭示系统的瞬变流特性。与二维水力仿真分析成果进行比较验证分析,可知该水电站水库和压力前池水位差为1.06 m的情况下,引水明渠过流能力不足以通过4×112.5 m~3/s的额定流量。融合明渠的水力特性和压力前池的水位波动特性,水电站水力—机械系统调节保证计算参数的控制值均满足要求,其中明渠出口(压力前池)最高水位为392.362 m,低于相应的渠道末端顶高程394.270 m,满足布置要求。水电站水力—机械系统的水力干扰和小波动过渡过程均满足稳定性要求,且调节品质优良。研究成果可为工程设计和电站运行提供可靠的技术支撑,在合理选择前池容积的前提下,实现对渠道引水能力、渠堤沿线高度和前池最大水位波动的有效控制。     

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。     

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。     

淮阴三站泵站贯流式流道混凝土温度和应力仿真分析

根据淮阴三站泵站工程的流道特点、施工过程、现场环境等实际因素,利用三维非稳定温度场和应力场有限元仿真计算程序,对泵站主体混凝土结构施工全过程的温度场和应力场进行动态仿真计算,分析了施工期泵站贯流式流道墩墙混凝土结构裂缝产生的原因,提出相应的防裂措施.     

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。