基于响应曲面模型的泵站进水池参数优化方法研究

泵站进水池的结构参数,特别是吸水喇叭管参数取值对泵站整体流态影响很大。本文基于响应曲面模型和CFD数值模拟,以垂直布置的吸水喇叭管悬空高、后壁距和淹没深度为设计变量,以进水池压力场、速度场和涡量场评价指标的加权函数为目标函数,进行2因素和3因素的优化设计分析。研究结果表明,变量之间对进水池流态的交互作用较大,淹没深度对最优悬空高、后壁距的影响不可忽略,且淹没深度与悬空高的交互作用(P=0.0019)较其与后壁距的交互作用(P=0.0696)大。针对本文垂直布置型式的吸水喇叭管,推荐最优参数组合是悬空高0.77 D,后壁距0.37 D,淹没深度2.19 D。在该组合下实际值与预测值误差不大于4.82%,与泵站设计规范推荐值相比,其计算域水力损失降低0.98%,流速分布均匀度提高5.92%,机组纵剖面涡量分布特征值降低3.1倍,大大改善了进水池的流态。这表明所建立的二次多项式响应面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可有效用于泵站进水流场的流态优化。     

不同进水流速对泵站进水池漩涡的影响

为探究泵站进水流速大小与泵站进水池水流流态、漩涡的产生与发展变化规律,结合泵站实际运行情况,建立引渠、前池、进水池和进水管的泵站物理模型和湍流数学模型,采用VOF模型和非定常的SST k-ω湍流模型对9种不同流速的泵站进水水流特性进行数值模拟,分析不同进水流速的泵站进水池水流流场分布、漩涡涡量的变化及分布规律.研究结果...     

一种对称蜗壳形后壁与导流锥方案进水池防涡消涡研究

为验证轴流泵装置封闭式进水池防涡消涡措施的有效性,应用ANSYS 14.5对泵装置进行全流场CFD数值模拟研究。针对封闭式进水池内产生的附壁涡、附底涡,提出并优化了对称蜗壳形后壁与导流锥的防涡消涡措施。采用k-ε湍流模型数值模拟和模型试验进行了涡带对比,分析了涡带的分布和成因,优化了封闭式进水池几何参数。针对附壁涡,采用单因素控制变量法进行后壁防涡消涡研究,发现对称蜗壳形后壁在效率和流速均匀度方面效果突出。针对附底涡,采用导流锥作为预防措施,并优化了导流锥的最佳锥体高径比,相应的研究成果已应用于镇江龟山闸泵站工程。     

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。     

泵站矩形及蜗形进水池的水力特性数值模拟

泵站进水池作为泵站的重要进水建筑物,后壁平面形状对水泵的进水流态和水泵的工作效率都有一定的影响。此文应用CFD技术,将流速均匀度和流量作为水泵性能评估的依据,设定了多个设计工况,对矩形后壁、蜗形后壁以及水面加设隔板后水流的流态进行了数值计算,系统地分析了各工况下的进水池内的流动特性,揭示了矩形和蜗形进水池水流流动的水力性能差异,对类似进水池的设计和改造具有一定的参考意义。     

不同进水流速对泵站进水池漩涡的影响

为探究泵站进水流速大小与泵站进水池水流流态、漩涡的产生与发展变化规律,结合泵站实际运行情况,建立引渠、前池、进水池和进水管的泵站物理模型和湍流数学模型,采用VOF模型和非定常的SST k-ω湍流模型对9种不同流速的泵站进水水流特性进行数值模拟,分析不同进水流速的泵站进水池水流流场分布、漩涡涡量的变化及分布规律。研究结果表明:当进水流速为0.322 2～0.564 2 m/s时,泵站表面漩涡的强度随进水流速的增大而增强:当进水流速为0.322 2～0.401 6 m/s时,进水池出现Ⅲ、Ⅳ型漩涡;当进水流速为0.483 5 m/s时,进水池出现Ⅴ型漩涡;当进水流速为0.520 8～0.564 2 m/s时,进水池出现Ⅵ型漩涡。将数值计算结果与模型试验结果进行对比,两者基本吻合。研究结果可为泵站工程设计提供参考。     

泵站进水池流场的数值模拟

以取水泵站安全、高效运行为目的,对泵站开敞式进水池进行三维流场数值模拟计算。采取分区域网格生成方法及Realizable k-ε湍流模型,分析进水池及吸水管内部流场,探讨影响进水池流场的各种因素,并进一步模拟分析了进水池内产生旋涡的可能性。     

泵站进水池翼型导流板整流特性数值模拟

基于CFX求解器,针对具有通航功能的某小型闸站式侧向进水泵站进水池内的不良流态,开展了翼型导流板正交试验数值模拟研究。计算结果表明:无整流措施下,进水池流态紊乱,1～3号进水池存在大尺度的回旋区,流速分布不均匀,轴向流速分布均匀度仅为76.84%;在离进水池进口1D处设置4个仰角为25°的翼型导流板,进水池大尺度回旋基本消失,流速分布均匀,轴向流速分布均匀度为90.2%,提高了13.36%,水流平顺且均匀对称;翼型导流板可以有效破坏进水池内的回流,迫使破坏后的水流沿其上表面和下表面流动,流速分布均匀性得以改善。     

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。     

基于大涡法泵站进水口涡流特性研究

为研究泵站进水池涡流状态,该文采用嵌入式大涡法对泵站进水池的流动状态进行数值模拟,按比例缩放水电泵站模型开展模型实验,实验结果与数值模拟结果吻合,表明嵌入式大涡法研究涡流状态的适用性。模型实验结果表明,泵站进水池附近常见的涡流状态有自由表面涡、附底涡、侧壁涡、后壁涡4种类型,并针对该实验模型的水力特性提出相应的消涡措施。