大型竖井贯流泵站出水流道的水力性能分析

对于低扬程泵装置,出水流道的水力性能对水泵装置性能影响较大。以浙江省某大型竖井贯流泵站出水流道的设计资料为研究背景,根据出水流道的水力设计要求,将流道水力损失最小作为优化设计目标函数,通过确定流道控制尺寸和设计流道型线,给出了出水流道的两种设计方案。采用流道数值模拟方法,对两种设计方案分别进行了数值模拟计算和水力性能分析比较。分析结果表明,流道控制尺寸对流道水力性能和泵站土建费用影响较大,其值在允许范围内应尽可能小;流道型线影响流道水力损失,在控制尺寸一定的条件下,流道型线应进行细致的优化。     

前置竖井式贯流泵装置进出水流道水力设计标准化

借鉴水轮机尾水管水力设计标准化的成功经验, 为使优秀的前置竖井式贯流泵装置在我国低扬程及特低扬程 泵站得到更多更好地应用, 对前置竖井式贯流泵装置流道水力设计标准化进行了较为深入地研究。按满足工程应 用实际需要和分档方案不过于繁多的原则, 在常用值取值范围内对进、出水流道水力设计系列方案进行合理分档; 以竖井宽度和水泵名义平均流速为关键参数, 将进水流道划分为 24 种水力设计标准化方案; 以出水流道出口断面宽度和水泵名义平均流速为关键参数, 将出水流道划分为 17 种水力设计标准化方案; 经优化水力设计计算, 所述进水流道 24 种方案和出水流道 17 种方案的水力性能优异。前置竖井式贯流泵装置流道水力设计标准化研究工作在国内外尚属首次, 对提高低扬程泵站的设计水平具有重要意义。     

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。     

进水流道对泵装置性能影响的数值模拟分析

为了研究进水流道内部流态对泵装置性能的影响,采用CFX三维软件对高度及喉部高度大、高度及喉部高度小的两种肘形进水流道装置的三维流场进行数值模拟,分析比较了这两种肘形进水流道与泵装置的水力特性。方案1肘形进水流道的高度大,挖深大,土建投资大,且喉部高度大,弯肘段脱流严重;方案2肘形进水流道高度小,土建投资小,同时喉部高度小,有效抑制了弯管脱流问题。结果表明:在最优工况下(Q=320 L/s),肘形进水流道方案2比方案1的流道出口断面速度均匀度高1. 6%;速度加权平均角度高7. 34°;进水流道水力损失降低0. 128 m;装置效率提高4. 22%;装置高效区流量范围拓宽40%。因此,为了保证泵装置高效、安全地运行,应充分重视在实际工程中进水流道对泵装置性能的影响以及肘形进水流道喉部高度对进水流道流态的影响。     

H/D值对肘形进水流道水力特性影响的数值模拟

水泵叶轮中心线到进水流道底板的距离H与水泵叶轮直径D之比值(H/D),是进水流道的一个重要的设计参数,直接影响到泵站工程土建投资和水泵装置性能。本文采用有限体积法和非结构化网格,数值模拟了大型泵站肘形进水流道内部流场,并以水泵进口水流条件为目标函数,分析了不同H/D值对其水力特性的影响。计算结果表明,H/D值对肘形进水流道出口水流轴向流速分布均匀度影响较小,但随着H/D值的减小,流道的水力损失迅速增加,出口水流偏流角迅速增大,对水泵的进水条件产生不利影响,是制约H/D值进一步减小的重要因素。     

泵站斜式进水流道水力特性试验

由斜式进水流道模型水力特性试验得到了进水流道的水力损失和出口流场的分布 ,分析了进水流道出口流场对水泵及其装置性能的影响 .     

竖井贯流泵进水流道的数值模拟研究

基于标准k-ε湍流模型,采用雷诺时均N-S方程和SIMPLE算法,通过针对不同竖井线型参数下竖井贯流泵进水流道进行三维数值模拟,展现了各方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和压力分布以及流道水力损失的状况.通过比较发现:流道过渡平缓时,流道的水力损失性能较好;各方案出口断面上的速度分布呈现为对称分布;由于3种方案的水力损失性能相差不大,考虑到工程的经济性,选择方案1作为最终方案.     

扩散角对泵站前置竖井出水流道水力性能的影响

扩散角是影响泵站出水流态和出水流道水力性能的重要因素,是大型低扬程泵站设计的关键参数。以辽宁省海城市三岔河大型灌溉排水泵站为例,利用FLUENT软件,采用数值模拟的方法研究了扩散角对泵站出水流道的水力性能的影响,根据研究结论,建议低扬程泵站出水流道的平面扩散角取值应该在17°左右,立面扩散角取值应该在6°左右。     

前置竖井式贯流泵装置水力设计标准化可行性研究

前置竖井式贯流泵装置具有水力性能优异、结构简单、电机通风散热条件较好、安装检修较方便和投资较少等优点,近10年来已在低扬程泵站得到十分广泛的应用。为保证前置竖井式贯流泵装置水力设计水平和提高泵站建设质量,提出对前置竖井式贯流泵装置水力设计进行标准化研究。分析了前置竖井式贯流泵装置水力设计标准化的有利条件:(1)前置竖井式贯流泵装置进水流道、竖井和出水流道主要控制尺寸相对值的离散性较小;(2)与前置竖井式贯流泵装置配套应用的4种水泵模型主要尺寸相同;(3)基于CFD的低扬程泵装置进、出水流道优化水力设计理论及方法已较为成熟。因此,对前置竖井式贯流泵装置进行水力设计标准化是可行的。     

竖井式进/出水口布置形式对水流特性的影响

抽水蓄能电站竖井式进/出水口总体布置及边界复杂,水流条件易受体型轮廓影响。为研究进/出水口布置形式对水流的影响,在计算方法得到试验验证的基础上,采用基于VOF两相流的RNG k-ε湍流模型对工程中常见的布置形式进行三维数值模拟,分析了扩散段形式和分流孔数对水头损失、流速分布及流态的影响。研究成果对竖井式进/出水口的水力设计具有重要参考价值。     

导叶进口安放角对轴流泵性能的影响

为了探究导叶进口安放角对轴流泵性能的影响,采用CFD三维流动数值模拟技术对泵段模型进行分析,对其水力特性和内部流态进行研究,并与模型试验结果比对。结果表明,导叶进口安放角的变化只对导叶和出水部件有影响;在导叶进口安放角依次增加5°的三种模拟方案中,方案2在流量为355 L/s时泵段的综合性能最好,其泵段最高效率为87.0%。方案1的导叶进口安放角高效区向小流量偏移,高效区范围较小,流量向非设计工况变化时效率下降较快;方案3的导叶进口安放角高效区向大流量偏移,高效区范围较大,流量向非设计工况变化时效率下降较慢。在实际运行中,适当增大导叶进口安放角可以提高轴流泵在大流量工况下的效率,但同时应防止导叶进口安放角太小导致水泵高效区范围太小。     

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.     

虹吸式出水流道水力性能数值计算湍流模型适用性

为寻求适用于大型低扬程泵站虹吸式出水流道水力性能数值计算的湍流模型,首先采用透明流道模型对某低扬程泵站虹吸式出水流道进行了试验研究,测试了流道水头损失并分析了流道内流态; 在网格无关性分析的基础上,选择常用的一方程湍流模型(S-A湍流模型)、二方程湍流模型(k-ε湍流模型、k-ω湍流模型)及Reynolds Stress湍流模型分别对该虹吸式出水流道水力性能进行了三维湍流流动数值计算,并将计算结果与模型试验结果进行比较。结果表明:与一方程湍流模型和Reynolds Stress湍流模型相比,二方程湍流模型在虹吸式出水流道水头损失的计算中更具优越性,采用Standard k-ε,Realizable k-ε和SST k-ω等3种二方程湍流模型计算得到的流道水头损失相对误差小于3%,其中,Standard k-ε湍流模型计算得到的流场与模型试验结果最吻合。     

粗骨料粒径对水工混凝土性能影响研究

为探明建筑国标规定粗骨料是否满足水工混凝土性能的要求,进行了粗骨料最大粒径为 31.5 mm 和 40.0 mm的混凝土性能对比试验。采用水工碎石配制相同强度等级混凝土的水泥用量、单位用水量均有一定降低,与采用国标碎 石配制的混凝土抗压强度、抗拉强度、极限拉伸值和弹性模量试验值基本相同。参照《水工混凝土结构耐久性评定规范》（SL 775—2018）对已完成的混凝土构件进行耐久性评定,选取的构件在碳化环境下耐久性评定结果为 B（基本符合）,渗透压作用下耐久性评定结果为 A（符合）。研究结果表明：国标标准规定下的粗骨料粒径在混凝土中应用时,可以满足水利行业规范中水工混凝土性能规定的要求,有效解决水利工程建设中粗骨料获取来源不足的现实问题。本次研究仅对比了不同最大粒径骨料对混凝土力学性能和耐久性能的影响,对混凝土热学性能以及长期性能尚未开展系统研究。     

折板消能竖井水力转捩特征研究

本文以模型试验为依托,对折板消能竖井的流动型态、消能特征等的转捩特征及影响因素进行了分析,并对水力转捩点附近的弗氏数进行了计算,结果显示:随着折板间距及过流流量的增大,易引起流动型态从往复跌流向S型贴壁流的转变,伴随流动型态的转变,消能特征亦表现出转捩特征;当无量纲流量Q~*为0.020~0.060、无量纲折板间距h~*为0.40~0.85时,水力转捩点附近的弗氏数约为2.60。在上述分析的基础上,推导了Q~*为0.020~0.060、h~*为0.40~0.85时折板间距取值需满足的参数关系式,经检验,该关系式可良好地反映竖井中的水力特性且与试验及应用实例符合良好,因此可为折板间距的确定提供技术参考。     

水力不确定性因素对堤防防洪风险效益的影响

常规防洪安全分析认为,水利工程的失事风险主要来自超标洪水,工程失事洪灾风险损失计算也仅考虑水文频率因素.对堤防工程而言,其漫溢失事风险不仅受洪水等级水文因素的影响,还受河道沿程糙率、初值水位、局部损失、河道形态、断面面积等水力随机因素的影响.只有综合考虑了水文和水力随机因素综合影响的堤防工程防洪效益才更为合理和准确.因此,在常规防洪效益计算的基础上,综合考虑河道糙率等多种水力不确定性因素的影响,构建河道行洪随机微分数学模型,计算不同频率洪水条件下河道行洪的漫溢失事风险率,并在此基础上构建堤防工程风险效益计算模型.最后,应用沂沭泗流域洪水东调南下续建工程对构建模型进行了验证.     

渗漏入口大小及形状对拟流场法渗漏探测的影响研究

为深入研究渗漏入口大小及形状对拟流场法渗漏探测的影响规律,通过构建堤坝渗漏数值模型,模拟了拟流场法在实际工程中的探测情况。研究了水库拟流场的基本分布特征,揭示了不同大小及形状的渗漏入口附近的电流密度分布规律,并提出了不同大小及形状的渗漏入口在平行于坝轴线和平行于坝面垂直于坝轴线两个方向上拟流场影响范围及电流密度峰值的经验公式。结果表明：线状渗漏入口的电流密度比相同面积圆形渗漏入口的电流密度小,且线状渗漏入口短边影响范围比相同长度的圆形渗漏入口大,长边影响范围比相同长度的圆形渗漏入口小。研究揭示了渗漏入口大小及形状对测线上电流密度分布的影响规律,可为实际工程探测中利用测线上的电流密度分布情况判断渗漏入口大小与形状提供依据。