立式泵装置进水流道演化数值分析研究

针对各种典型的进水流道，应用紊流模型对流道内部流态及水泵进口处的流动进行三维数值计算，计算结果表明各种流道内部水流流态相似。数值分析显示各种有压的喇叭管进水的流道都是在开敞式进水池形式基础上演变而成的，只要控制流道的基本尺寸，就可将各种喇叭管进水的流道统一起来。研究成果为泵站进水流道优化设计提供新的思路。     

分岔管道三维湍流水力特性数值模拟

建立了分岔管道水动力学的计算模型,求解三维贴体坐标系下水流控制方程。计算中采用修正的k-ε湍流模型,应用有限体积法离散方程,物理变量采用同位网格布置,控制体表面上各变量的值用界面动量插值法计算,速度-压力耦合计算采用SIMPLEC算法。本文应用该数值模型模拟了三维弯道水流的水力特性,并与模型试验实测值进行了比较,结果吻合较好。最后应用该数值模型预测了35°分岔管道连接区域三种流动情况的水力特性。     

水电站进水前池三维数值模拟

建立水电站进水前池内流动的k-ε紊流数值模型,采用VOF方法,对高水头小流量引水式电站进水前池内流场进行了三维数值模拟。计算得出了冲击式水轮机在引用设计流量1．94m^3／S时前池内水流流态,底板压力分布,及压力钢管进口流速分布以及在针阀突然关闭时,前池内水面涌高时水面线形状。数值计算结果结合常规理论分析可以为工程设计提供参考。     

阳西海域温排水热扩散的三维数值模拟

为更好地模拟近海温排水三维结构特征,基于FVCOM模型建立了阳西海域某电厂高精度三维温排水数值模型,模型较好地反映了温升的垂向分层特点。基于三维温排水数学模型的取排水方案比选结果表明,无论是分列式、还是差位式布置方案,模型都可以计算出较好的比选结果。该文基于FVCOM模型建立的三维温排水数值模型可为电厂取排水布置方案比选工作提供支持,为冷却水工程方案优化布置服务。     

大直径钢管桩内取水泵站优化研究

采用三维有限体积法和非结构网格,对不同进水条件下钢管桩内水泵的进水流态进行了数值模拟研究,优化了离岸式LNG取水泵站采用大直径管桩内取水方案的钢管桩尺寸、开孔形式、布置高程及水泵类型等参数,减小了水泵吸水管内横向流速,抑制了涡流强度,改善了水泵的进水条件,为取水口物模试验及其初步设计提供了相关参数和依据.     

官地水电站尾水调压室与尾水洞连接岔洞的体型优化研究

对于首部式开发的水电站,其尾水系统水头损失直接关系到长期运行的经济效益。本文应用计算流体力学技术(CFD)对官地水电站尾水系统局部布置与结构体型进行数值模拟,开展三维流场计算与分析,得到其水头损失和流态,确定设计方案;然后进行模型试验,并对比分析数值计算和模型试验结果,证明三维流场计算结果的可靠性。采用三维流场计算可进行方案对比及体型优化并得出较优的尾水(引水)系统体型,可以为一些无法进行模型试验的工程提供设计依据。     

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。     

基于三维有限元法的基坑排水井渗流量计算方法

准确分析基坑渗流场、预测排水井渗流量,对合理布置基坑工程防渗排水系统,确保基坑渗流稳定和工程安全有重要意义。根据实际工程应用的需要,研究了基于三维渗流有限元法任意断面渗流量计算方法,提出了采用任意柱面网格,计算复杂基坑井群排水量的数值计算方法,研制了基于三维有限元法的基坑排水井渗流量计算程序,并应用于某水电站厂房基坑开挖施工的排水量计算分析中。结果表明,该计算方法具有良好的适用性和准确性。     

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。     

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。     

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。     

水生植物对河道形态影响的三维湍流模型

植被是河床和河岸稳定性指标中的一个重要参数,它主要通过影响水流结构进而影响河道的形态。本文建立曲线坐标系下的三维湍流模型研究水生植物对河道形态的影响,在水流控制方程中加入植物阻力项和植物密度项来描述水生植物对水动力特性的贡献,通过泥沙质量守恒方程求解河道变形,在适体网格中求解模型的控制方程。应用该三维模型数值模拟了矩形水槽内两侧交替布置的非淹没刚性植物对水流结构的影响以及梯形河道内两侧交替布置的非淹没刚性植物对河道形态的影响,数值计算结果与实测结果吻合良好。     

水平吸水管悬空高对泵站进水池进水特性影响

针对某些大型泵站进水池进水特性不良,泵站运行效率严重下降等问题,采用ICEM-CFD软件来构建泵站进水池三维模型并进行网格划分,利用计算流体力学中的Fluent软件,基于标准的k-ε湍流模型,对泵站进水池流态进行了数值模拟,并研究了水平吸水管悬空高对泵站进水池进水特性的影响。研究结果表明:水平吸水管悬空高与泵站进水池的进水特性关系密切,适当增加水平吸水管悬空高能够明显改善进水池的进水特性,然而一味地增大吸水管的悬空高的做法并不可取,因此,推荐泵站水平吸水管的悬空高取值范围为1.2~1.5 D。     

双弯溢洪道的数值模拟研究

由于地形地质条件等因素的限制,实际工程中修建了双弯曲溢洪道。针对这种特殊型式的溢洪道进行了三维数值模拟,模拟中采用网格的贴体坐标法对计算区域进行了离散,引入混合网格有效改善了计算的速度和精度。利用计算结果对双弯溢洪道水流过分集中于凹岸的问题进行了多方案优化,通过精心布置斜槛使得这种特殊溢洪道在工程中得到应用。     

开敞式进水池优化水力计算

关于开敞式进水池过去已有很多试验研究资料，但由于试验条件不同，各家提出的设计准则出入很大．本文采用三维紊流数值计算的方法，对进水池和水泵喇叭管的各几何参数分别进行比较性优化水力计算，从理论上给出了进水池及喇叭管的最佳水力设计准则     

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。     

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。     

大流量进水工况下主隧系统水气运动特性

为给深层隧道排水系统工程的主隧系统结构设计和工况控制提供依据,采用数值模拟与物理模型试验相结合的方法,建立与物理模型体型结构相同,包含两竖井和相连主隧段的主隧系统三维数值模型,利用该数值模型对两种大流量极端工况下的进水过程进行三维动态数值模拟。结果表明:主隧系统在大流量下的进水过程可归纳为水流从两端竖井进入主隧,水流碰撞形成液面波并在主隧内相互碰撞叠加,主隧下游、上游侧端口先后被封堵,以及进流停止这4个阶段;进水流量主要影响主隧系统端口封堵程度、滞气现象和进水各阶段进程时间,流量越大,主隧端口的水流封堵、滞气现象越严重,进水过程各阶段进程时间也大幅缩短。     

多泥沙河流侧向进水泵站开机组合对前池流态的影响研究

为探索多泥沙河流侧向进水泵站不同开机组合对泵站前池流态的影响,选取甘肃省景泰川电力提灌工程灌区一期总干三泵站侧向进水前池为典型研究对象,现场取样分析泵站引水含沙情况,利用超声波多普勒流速流向仪对前池流场进行现场实测,同时引入逆向工程技术构建现场淤积状态下进水前池(以下称原位前池)三维几何模型,采用FLUENT软件基于Realizable k-ε湍流模型及Mixture多相流模型对原位前池水流流态进行数值计算,对比分析数值模拟结果与现场测流结果,验证了数值模型的可靠性。在此基础上,分别对10种不同开机组合方案下未淤积状态下的进水前池(以下称原型前池)流态进行了数值模拟分析。研究结果表明:前池外侧边壁及末端存在回流区及泥沙淤积问题,基于逆向工程的原位前池流态数值模拟结果与现场测流结果相吻合;原型前池主流扩散效果不佳,泵站机组对称开启,同时避免两端机组停机尤其是末端机组停机,前池水流流态较好。本文提出的研究思路对泵站前池流态数值模拟研究具有一定的应用价值,研究成果可为类似泵站工程优化设计和优化运行提供参考依据。     

压力洞闸槽进水的数值模拟与分析

本文应用Ｋ－ε紊流模型数值模拟了压力洞闸槽进水后洞内水流的流动情况。计算中，对Ｋ－ε方程及雷诺方程作者采用了皆沿坐标方向分步然后交叉求解的简便数值方法。计算实例所得结果与文献〔４〕试验资料一致。