引黄工程总干三级泵站侧向进水前池水工模型试验研究

本文介绍通过水工模型试验提出的引黄入晋工程总干三级泵站侧向进水前池的优化体型及为调整水流结构而采取的整流板等工程措施，这些措施使泵站进水前池中水流流态平稳，流速分布均匀，避免了在各种工况下前池中产生螺旋流及水面串通漏斗漩涡，能保证水泵安全、正常、高效运行。     

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。     

泵站前池底坎整流及坎后流动分析

泵站前池一般分为正向和侧向两种进水前池。由于前池进水情况差异较大,前池中时常出现回流、漩涡等不良流态,直接影响水泵进水条件及其运行。     

泵站锥形侧向进水前池水流流动特性分析

结合泵站锥形侧向前池工程设计,应用大型商业软件建立其三维数学模型,基于CFD数值模拟技术,分析了泵站锥形侧向前池水流流动特性。结果表明,水流经过锥形侧向前池折向弯曲进入进水池,前池流态较为平顺,但进水池水流主流偏向一侧,形成较大回流区,低流速分布范围较广;水流进入1#至4#进水池时弯曲程度越大,进水池断面流速分布均匀度越来越小,甚至出现负值,会降低水泵机组工作效率;当泵站设计采用锥形侧向前池时,进水池水流流态需要通过工程措施整流,或创新设计新型进水池。     

“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。     

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。     

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。     

关于泵站前池流态的改善措施研究

泵站前池的水流流态对水泵的性能起着至关重要的作用,然而由于前池的设计不足,在工程实践中,往往会出现前池流态恶化,影响水泵正常运行的情况发生。通过分析前池水流流态,阐述了各种改善前池流态的措施,并结合工程实例比较了泵站前池优化前后的水流流态,验证了优化方案的可行性。     

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。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。