多机组泵站复合前池水流流动数值模拟研究

对某多机组泵站复合前池水流流动进行了CFD数值模拟计算,结果表明:复合前池各自泵房机组水流流动区域都出现了大范围回流区和低速区,水流流态紊乱,严重影响进水池进水均匀性;各泵房进水池有多台机组处于流速分布低速区和前方进水回旋等不良进水条件,甚至出现大尺度回旋;该多机组泵站复合前池平面布置图不合理,须进行CFD数值模拟或水工模型试验水力优化,获得最优水力性能。     

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。     

大型泵站进出水流态优化与方案优选

对某大型泵站各方案进出水水流采用CFD数值模拟,提出合理的优化方案。计算结果表明,方案一泵站侧向进水,进水时弯道水流曲率大,弯道内侧出现小范围回流;泵站出水流态平顺,无不良流态,3个站单独运行出水池不出现大尺度漩涡针。方案二泵站正向进水,进水时弯道水流曲率小,弯道内流态平顺,流速分布均匀;泵站出水水流形成弯道水流,3个泵站单独运行时会在池中形成大尺度漩涡等不良流态,且该出水池土方开挖量大,投资高。针对方案一、方案二泵站进出水的优缺点,将各方案优点结合形成方案三。方案三泵站采用正向进水、约50°角侧向出水与徐宿淮盐高铁桥下过水孔衔接,形成最终可研方案。分析成果对类似工程设计具有一定的参考价值。     

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°。     

基于CFD模型的雨水泵站进水流道水力性能优化设计

雨水泵站具有投资高、流量大、流态复杂等特征,不合理的尺寸布置不仅影响水泵性能的有效发挥,同时会造成泵站建设成本增加.本文以实际的雨水泵站设计工程为研究对象,构建泵站的几何模型,基于计算流体力学技术(CFD),对原设计的雨水泵站进水流态进行数值模拟,分析其流场状态,并提出相对应的改进措施方案,对原设计泵站内不良水力现象进行优化.通过对比优化前后泵站内进水流态,使水泵性能得到最有效的发挥.     

分水导流墙在城镇泵站侧向进水间的应用

城镇泵站侧向进水间水流流态紊乱,影响水泵性能,给泵站运行带来影响。应用大型商业软件建立侧向进水间水流三维数学模型,采用CFD数值模拟方法分析。结果表明,侧向进水间设置分水导流墙,1#进水间水流流态得到较大改善,回流消失;2#进水间特征断面流速分布均匀度值较变小;设置单一整流措施仍达不到水力最优要求。     

泵站前池水流数值模拟研究

泵站前池的水流流态直接影响泵站的效率,从而直接影响枢纽功能的实现。本文对泵站前池水流进行数值模拟研究,计算采用SIMPLEC算法求解三维水流紊流方程,结合大龙港枢纽防洪工程,较好地复演了泵站前池水流的流速场,并根据泵站前池进流的不均匀系数评判枢纽布置的合理性。     

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。     

泵站前池单排方柱整流措施数值模拟

为改善泵站前池内水流流态,基于Fluent软件,运用RNG k-ε模型对加单排方柱的正向进水泵站前池流态进行数值模拟,分析单排方柱的几何参数对前池流态改善的影响。结果表明:单排方柱具有分流效果,流经单排方柱的水流会向前池两侧分散,在单排方柱的后方形成漩涡。无整流措施时,泵站前池流态紊乱;通过在前池加设单排方柱可显著改善流态;单排方柱宜布置在前池前中部,不宜布置在两侧回流区内;方柱宽度越小,分流作用越小,行近流速分布越不均匀。     

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。     

立式泵肘形进水流道喉部高度对性能的影响

为保证水流进入弯道时的流态良好,肘形进水流道进口段末端断面的高度通常较小,被称为"喉部"。基于CFD数值模拟进行方案设计和建模计算,对流道喉部断面的高度定量分析,对各方案的内部流态和泵系统性能进行研究。结果表明,喉部高度大的方案进入弯道的流速慢,水力损失小,但流速变化快,分布不均匀;高度小的方案进入弯道流速快,水力损失大,但流速变化慢,流道出口流速均匀性好;文中喉部高度的最优方案为0.8倍叶轮直径,此方案的泵系统效率在340L/s达到79.08%。     

立式混流泵站进出水流道水力优化

为得到某大型混流泵站进出水流道最优设计方案, 基于 CFX 软件, 对进出水流道内水流流态进行数值模拟研究。以泵站进出水流道初步设计方案为基础, 对流道型线进行优化研究: 通过调整进水流道断面参数, 得出进水流道优化方案; 通过改变虹吸式出水流道上升角与下降角, 得到水力损失最小的出水流道型式。最终结果表明: 当进水流道流速和流道长度、断面面积和流道长度的关系曲线光滑无突变时, 流道内无不良流态, 符合优化设计要求; 当出水流道上升角为22°下降角为 29°时, 泵站出水流道流速分布较为均匀、水力损失最小。由此得出所选泵站最优设计方案。所得结果对大中型泵站的流道优化有指导作用。     

大型泵站双向进水流道三维湍流数值分析

运用CFD商用软件对大型泵站双向进出水流道立式轴流泵装置进行了三维湍流流动和水力性能模拟,分析泵装置内部的流场和水力性能。结果表明：双向泵站进水流道逆水侧存在回流区,靠近喇叭管的近壁处有涡带产生,极易被叶轮室吸入,加剧水泵机组震动;出水流道进水流速不均匀,流态紊乱,且有旋涡产生,水力损失显著增大,进而降低了整个泵装置性能。     

多机组泵站双侧向前池水流流动数值模拟研究

根据多机组泵站双侧向前池工程布置,应用CFD数值模拟技术,分析该泵站双侧向前池水流流动特性。结果表明,双侧向前池中表层水流进水池区域水流回流严重;表层水流流速大小分布朝闸门方向逐渐递减,两侧进水池区域流速分布处于低速区;1 m水深水流流至进水池时流动方向不连续,进水池区域里存在三维空间回流;0~1.5 m/s流速分布等级区域范围较表层水流略有减小;按水流流动方向依次排列的进水池进口断面较大流速分布范围越来越大,流动均匀性越来越好;三维水流遇闸门或90°转弯存在翻滚至底层的现象,进水池区域流态非常紊乱;两侧进水池水泵进水管均采用弯管管道,因侧向进水、弯管进水管道及回流流动的影响,一定程度上降低了水泵额定工作效率。研究结果对多机组泵站双侧向前池设计具有一定的借鉴意义。     

南水北调中线一期工程王庆坨T型连接井 交汇水力动态特性的数值研究

对带“品”字型导流均流墙的T型连接井交汇水流进行数值模拟计算,分析了连接井内的流态、流速分布等,结论证明,“品”字型导流均流墙能使来水在连接井内改变方向,从而均匀地进入下游三孔箱涵,圆弧设计对于水力流动影响较小,基本不增加水头损失。     

抽水蓄能电站进/出水口体型优化数值模拟

利用三维紊流数学模型,对某抽水蓄能电站上水库进/出水口原方案及其优化方案抽水和发电工况进行数值模拟,分析了进/出水口段的水头损失、进/出水口段的流态和流速分布等。原方案在抽水工况下,存在扩散段及调整段顶盖板下部产生水流分离区、拦污栅断面有反向流速、各孔口流速不均匀系数偏大等不利水力学现象。考虑以上不利因素,需对原方案进行优化。优化方案计算结果表明,在扩散段和防涡梁段之间增加调整段、压低扩散段盖板扩散角以及增加扩散段长度等措施均能改善水流流态。     

大型渠道清污机栅体结构的内部流态

大型清污设备是南水北调等长距离调水工程的关键设备,拦污栅是清污机的重要部件,用以拦阻水流挟带的污物进入流道,保证调水沿线顺利正常运行。拦污栅的结构断面型式和布置是影响水流流态的重要因素。运用流体力学(CFD)数值模拟分析对栅体结构不同断面型式和布置情况进行内部流态模拟分析,通过对不同方案的水平、垂直截面速度等值线图以及三维流场图的分析,得出流线型栅条、圆头流线型主梁水平布置、边梁为矩形箱梁的栅体结构为最优方案,大跨度比小跨度的要合理,流态和流速都更理想,水流均匀、平稳,且没有回流及涡流区,流速分布更对称。因此,对拦污栅体多种不同方案的优化研究,通过三维数值模拟计算验证了优化效果。     

大寨河闸站对称分布机组进水水流数值模拟

采用数值模拟方法,对大寨河闸站对称分布机组进水水流进行数值仿真计算分析。计算结果表明,该闸站引水前池水流流态较为平顺,无回流等不良流态;各机组流道进口流速分布较为均匀;闸站节制闸居中布置且两侧各布置两台泵站机组,有利于水流平稳进入泵站机组流道,机组内无不良流态,闸站平面布置合理。分析成果对类似工程设计具有一定的参考价值。     

某斜向涵管进水泵站前池流态数值模拟与整流措施研究

采用直接求解三维雷诺平均N-S方程和标准κ-ε紊流模型方程组的方法,对泵站前池内部的流场进行了数值模拟,以前池内部格栅孔的流量分配均匀系数作为优化前池水力特性的控制条件,进而对斜向进水泵站复杂前池流态中不同位置、尺寸、角度的导流墩和不同摆放角度的压水板分别进行了水力优化计算.经物理模型试验验证,说明水力优化设计的导流墩位置、尺寸、角度及压水板摆放形式,获得了十分优良的水力性能.     

利用多岛遗传算法的侧式进/出水口体型优化研究

水工建筑物体型优化一般通过物理模型试验或数值模拟对设定体型进行水力特性研究,针对不利的水力指标调整体型再进行研究,直至获得满意的较优体型,这是传统的做法。双向水流条件下的侧式进/出水口体型优化可视为多目标优化问题。本文将加权后的水头损失系数定为目标函数,以孔口断面流速不均匀系数和孔口间流量不均匀系数为约束条件,将多目标优化转化为单目标优化,利用多岛遗传算法进行进/出水口体型优化,可以获得最优体型。此外,参数化建模方法和基于CFD的响应面模型的应用,加快了建模与数值模拟速度,提高了优化效率。以某下水库侧式进/出水口为例,按照本文方法得到的推荐体型与原体型相比,进/出流的总水头损失系数降低3.35%,出流时流速不均匀系数减小14.50%,进/出流的流量不均匀系数均小于20%。该研究方法为水工建筑物体型优化提供了便捷的途径。