电站循环水泵进水流道水力特性及整流优化研究

循环水泵进水条件的优劣对循环水泵效率及是否出现汽蚀和振动有显著影响。针对某电站300 MW机组循环水泵振动问题,采用RNG湍流模型对其进水流道水力特性开展三维数值模拟研究,分析了进水流道整体水流流态、泵吸水喇叭口附近区域流场、泵体周围流速分布,并对其进行了整流优化改造方案研究。结果表明,循环水流道斜坡坡度较大,导致水流扩散不均匀,表面流速较大,在斜坡底面和进水池存在较大漩涡;泵吸水喇叭口截面水流严重不对称,出现较明显偏流,泵进水条件恶劣;采取有效整流消涡措施可以改善循环水流道水流流态,均匀流速,改善泵进水条件。     

水泵吸水池内部流场数值模拟和试验研究

水泵吸水池内的流动情况非常复杂，尤其在进水口附近存在很强的旋涡，并且会导致空化、振动现象的产生，从而降低泵站效率，因此研究水泵吸水池进口处流场分希状况具有很重要的意义。本文采用三维定常VOF两相流动模型，对进水口前的流态，尤其是空气吸入涡的流态进行数值模拟，并利用2D-PIV系统对进水口前流态进行测量从而对数值模拟进行验证。数值模拟结果和试验结果的对比表明，内部流场的模拟结果也与试验数据吻合较好，该模型能够很好的模拟吸水池的内部流动状况。     

前后串列布置的吸水管周围流场PIV实验研究

水泵进水池中沿来流方向前后串列布置多根吸水管时,其周围流场具有复杂的三维、不稳定、强紊动的特性.本文在玻璃水槽内对不同管间距条件下的吸水管周围进行了大量的PIV流场量测实验,通过流场分析显示,上游吸水管的尾流作用加剧了下游吸水口的水流紊动强度,流场多处出现表面旋涡和水内旋涡,其运动形态复杂多变.同时,随着吸水管设置间距的缩短,吸水口附近流速分布趋于不均匀,旋涡涡量逐渐增强.     

泵站水泵吸水室内水动力学特性分析

取水泵站内产生漩涡和泥沙沉积是影响泵站效益发挥的两个重要问题。该文以巴基斯坦拉合尔地区南迪普电站的取水泵站为研究对象,采用物理模型试验和CFD(computational fluid dynamic)相结合的方法,研究了吸水室在设置M型防涡装置后,水泵吸水管内及进水流道内的水动力学特性。结果表明:基于CFD的模拟技术,成功重现了吸水管内涡核区的分布;当设置M型防涡装置后,吸水管内最大涡流角为4.82°,相对无防涡装置时,降低了72.69%;通过定义流速的标准差定量的表证水流均匀性,同时,解释了M型防涡装置的消涡机理。该研究为大型取水泵站的设计提供了有益的参考。     

侧边机组故障对泵站前池流态的影响

为研究侧边机组故障对泵站前池流态的影响,本文建立了某泵站引渠、前池、进水池与吸入管三维数值模型,并基于VOF模型开展了数值计算。然后,根据计算结果分析了不同侧边机组故障情况对前池和引渠内流态的影响。最后,引入了流速分布均匀度作为量化指标,阐述了不同侧边机组故障情况对中间机组的吸入管进口流速分布的影响规律。结果表明:侧边单台机组故障时,前池内部流速分布相对无故障变化较小,但故障机组吸水池内产生大尺度漩涡,进而导致前池出口断面流速畸变,发生流速掺混现象;侧边机组全部故障时,前池内部产生大尺度涡系,造成前池出口断面流速严重掺混现象,且范围更大,并显著影响中间机组吸入管进口流态,造成进口流速不均匀分布,进而对中间机组运行产生不利影响。     

水泵吸水池的改进和PIV试验验证

水泵吸水池设计的合理与否，会直接影响到泵站的运行效率和安全，在新型水泵吸水池设计中采用了三种结构:封闭式池身结构、双进口流道结构和倒角过渡结构。应用PIV（粒子成像测速）技术对这种吸水池模型的内部流动进行全场量测，试验结果表明这种吸水池结构能够很好的避免和减少各种涡的发生，优化了吸水池内部的流动状态，从而提高了泵站的效率和性能。     

循环水泵流道研究与应用

由于安装位置的限制,某电厂循环水泵房和机力通风塔的水平距离仅十余米,纵向落差达4.6 m,采用2次转弯达90°的暗涵流道来连接机力塔水池和吸水室,导致吸水前池进流条件较为恶劣,其对循环水泵的运行效率和安全影响十分突出。为解决这一问题,进行了水工模型试验。结果表明,在吸水室前部布置足够深度的胸墙后,能够有效消除上游弯道进流引起的环流,水流经胸墙调整后变得均匀稳定,而胸墙布置深度是优化吸水室流态的关键参数,为此进行了多方案试验,选择出最佳胸墙布置深度,使循环水泵吸水管管内涡角平均值降至零左右,基本消除喇叭口附近及吸管内水流的旋转流动,吸管喇叭口进流稳定,流速分布更为均匀,能较好满足水泵高效、稳定的运行要求。此外,还对事故停泵工况进行了研究,给出2种循环水泵吸水室排气的设计方案。将试验所得优选方案运用于工程实践,效果良好。     

工程措施对水泵进水条件影响的试验研究

立柱、底坎等工程措施常用于泵站前池和进水池流态整治 ,但对水泵进水条件的影响没有进行过定量的研究。本文采用旋度计测量水泵吸水管内的涡流强度 ,根据涡角的大小 ,定量地评价立柱、底坎、ω形后壁等工程措施对水泵进水条件的影响。试验结果表明 ,在一定的条件下 ,立柱和底坎能改善水泵的进水条件 ,但需优化立柱和底坎的设计参数及位置 ,以期获得较好的整流效果 :“ω”形后壁配合导水锥能大幅度地降低吸水管内的涡流强度 ,应进一步研究其机理     

大型泵站进水流道技术改造优选设计

进水流道的出口流态决定了水泵的进水条件,直接影响到水泵的能量性能、汽蚀性能和安全运行性能,在进水流道水力设计和模型试验中应给予特别重视。本文采用数值计算的方法,模拟了南水北调东线工程某大型泵站不同进水流道设计方案时的内部三维流动,计算结果与模型试验和泵站运行中观察到的实际情况相当吻合。把水泵进水条件和流道水头损失作为流道水力设计的目标函数,通过计算机数值模拟和优选,获得了优秀的进水流道设计方案。流道出口水流轴向流速的分布均匀度提高了3.26%,出口水流的偏流角减小了1°,水头损失减少了24.1%,水泵的进水条件得到了大幅度的改善。     

多机组泵站侧向进水特性模拟和改进研究

某闸站结合式侧向进水泵站进水池内存在的不良流态会危害到水泵机组的正常运行。采用CFD(Computational Fluid Dynamic)技术对原方案前池和进水池的流态进行了数值模拟,通过数值计算发现:1#~10#进水池内存在大尺度的回流,所有进水池后壁处均有水流旋转。针对上述不良流态,在进水池内设置了三种不同的组合整流措施。计算结果表明:方案4——三段型隔墩、立柱和后隔板组合措施的整流效果最好。该组合措施下,大范围的回流区消失,进水池横剖面上的轴向速度分布均匀,各特征线上的流速均匀度提高3~11个百分点,后壁处的水流不再回旋,水流能对称均匀地流入吸水管,不良流态基本得到解决。该研究成果对其他同类泵站进水池的改造有一定的参考价值。     

泄洪洞下游低频噪声数值模拟预测研究北大核心CSCD

针对泄洪洞泄洪时下游环境中的低频气压脉动强度预测问题,通过紊流数值模拟,分析了泄流流速分布特征,开展了涡结构识别,研究了涡量脉动特性,并结合涡声理论对如美水电站多洞联合泄洪工况进行了泄洪诱发低频气压脉动预测。结果表明:涡结构主要分布在泄流水舌入水点及其下游,即水流剪切作用剧烈的部位,水垫塘存在大量的发卡涡和马蹄形涡等大尺度涡结构;涡量脉动在0~2 Hz范围内存在多个优势频率,泄洪涡量脉动可能诱发相应频率的低频气压脉动;各工况下预测声压级最高可达140 dB以上,但声波在水-气界面及雾化液滴耗散作用下,水垫塘周边1 km范围内,衰减后的低频声压级最大约122 dB。     

基于特征尺寸规则化的竖井贯流泵装置研究

为了探讨竖井贯流泵装置规则化设计方法,选择了二十余座典型大型竖井贯流泵装置作为统计分析对象,通过分析得出了竖井进水流道和出水流道主要控制尺寸合理取值范围。结合实际工程,基于规则化设计方法,设计了叶轮直径3.2 m的大型竖井贯流泵装置。利用三维湍流数值模拟,分析了规则化设计的竖井进出水流道流动特征、水力损失特性以及进水流道出口的速度分布、速度均匀度和入流角。结果表明,基于规则设计的进出水流道流动平顺,设计工况,进出水流道的水力损失为0.064 m、0.096 m,速度均匀度和入流角为97.63%和87.74°。按照模型比尺10.667设计制作模型水泵装置,构建试验系统,开展了模型水泵装置能量特性试验研究。研究结果表明,基于规则化设计的竖井贯流泵装置在特低装置扬程1.08 m,装置效率达77.5%,设计工况点Q = 25 m3/s、H = 0.62 m的效率达66%,水泵装置效率高。研究结果对竖井贯流泵装置的水力优化设计具有重要指导意义。     

钟形箱涵式进水流道泵装置特性模型试验研究

对钟形箱涵流道过流特性及流态进行了试验分析,结合浦东薛家泓泵站模型试验,对钟形箱涵流道立式潜水轴流泵站模型泵装置的能量、气蚀、飞逸特性进行了全面试验研究,得出泵装置综合性能曲线及飞逸特性曲线,同时用示踪线法对进水流道内的流态进行了观察研究,试验分析了不同导流方案对模型泵装置能量特性的影响,提出了改善流态的有效措施,对优化设计高效潜水轴流泵装置提出了几点建议。研究成果不仅对薛家泓泵站设计和施工提供了必要依据,对提高泵站运行维护水平,保证同类泵站安全可靠运行起着重要的指导作用。     

大型循环水泵流道整流试验研究

针对某电厂大型循环水泵流道短、落差大、流道转弯多导致吸水前池进流条件恶劣的问题,对原设计流道的水流流态、水泵吸水管内流速分布和水流旋转强度等进行了试验研究。试验结果表明,吸水前池下部主流区存在较强旋度的环流涡、吸水管内存在较强的螺旋流是影响水泵进流的主要原因。采取在吸水室布置胸墙的方式进行整流,给出了优选的胸墙底部高程,实施此措施后提高了泵的可靠性。     

大型电站锅炉多组小屏绕流的数学模型

引入“旋涡层”概念，炉深方向沿前屏分布着旋涡层，薄板翼导流，炉内右半部分的旋涡层削弱网格涡的速度环量。旋转上升气流绕流前屏，在其表面和尾部分别形成附着涡和分离涡；采用镜像法处理炉膛固壁对涡运动的影响。考虑炉内大残旋网格涡的切向速度；附着涡、分离涡及镜像涡的诱导速度，首次建立了多组小屏绕流的数学模型，并对HG-2008/18．2-YM2型锅炉等温模型进行理论计算。计算表明：后屏入口的速度右侧高左侧低，右侧镜像附着涡和分离涡诱导的速度，使后屏入口右侧速度升高。六线涡量探针所测涡量场表明：炉内螺旋上升气流绕流薄板翼，在前屏尾部，确实产生了分离涡；且后屏入口速度场，也表现为右侧高左侧低，试验结果和理论计算定性吻合，验证了所建数学模型的合理性，为分析小屏尾部分离涡对水平烟道左右侧速度偏差的影响，提供了理论依据。     

活动导叶开度对水泵水轮机泵工况的影响研究

为了解水泵水轮机泵工况活动导叶启闭过程中的性能,参考某抽蓄电站的水泵水轮机建立数值计算模型,对导叶不同开度时的流动特征进行分析。采用SIMPLEC算法和SST k-ω模型详细分析了泵工况不同导叶开启角度下转轮、导叶附近的流场,结合实验数据对各操作工况下的性能进行分析。结果表明,当活动导叶开启角度γ小于18°时,涡的强度大能量损失多,并且出现平面射流,扬程随着γ减小而迅速降低;当γ大于21°时,涡量分布均匀,涡结构产生的能量损失小,同一流量下不同γ的扬程和效率基本保持不变;操作工况下不同γ的扬程均与流量呈线性关系。结论为水泵水轮机的操作工况选择提供依据,也可以指导水泵水轮机的优化设计。