大型低扬程泵装置水力设计关键技术的创新与发展

我国低扬程泵站建设的水平经历了由低到高的发展过程,特别是南水北调东线一期工程的建设,促进低扬程泵站的关键技术取得了长足的进步;为进一步满足南水北调东线二期工程等重大工程大型低扬程泵站的需要,对南水北调东线一期工程低扬程泵装置水力设计的关键技术进行了较为系统的总结和提炼.结果 表明:南水北调工程水泵模型及水泵装置同台测试为保障我国低扬程泵装置水力设计质量作出了重要贡献;大型低扬程泵装置的水泵选型新方法可保证低扬程泵站设计扬程工况位于泵装置高效运行区、最高扬程工况位于稳定运行区;采用分层次优化水力设计方法可以有效完成低扬程泵装置流道优化水力设计工作;立式低扬程泵装置宜优先采用肘形进水和虹吸式出水流道;对于特低扬程泵站宜优先应用前置竖井贯流式泵装置,可满足结构稳定和水力性能优异的要求;为实现泵站工程整体最优化设计,需要采用泵装置水力设计与泵房水工设计、结构设计之间的协同优化设计方法.     

灯泡贯流泵装置研究开发

该项目针对南水北调东线一期金湖站、泗洪站等低扬程泵站工程设计和建设需要,在学习、消化国外技术的同时,立足国内进行研究、开发。采用自行开发的泵水力设计软件设计了5套叶轮和导叶的贯流泵模型,并利用CFD方法对灯泡贯流泵装置进行系统优化。     

淮安三站灯泡贯流泵装置优化研究

淮安三站建成于1996年,是当时国内最大的灯泡贯流泵。自建成之日起就存在启动困难、超功率、振动大等现象,不仅导致该站不能正常运行,而且影响了贯流泵在南水北调工程的应用。本文在分析淮安三站存在的问题的基础上,从6个方面对淮安三站原有泵装置进行优化。采用CFD数值模拟、模型试验、现场测试的方法研究了优化后泵装置的性能。结果证明,优化后的淮安三站灯泡贯流泵装置性能优良,满足泵站运行要求。     

CFD在大型潜水贯流泵装置优化设计中的应用

采用计算流体动力学(CFD)方法,借助于Fluent软件,对通榆河北延送水工程灌河北泵站大型贯流潜水泵装置进、出水流道三维湍流流态开展数值模拟,并与模型试验、真机试验结果进行比较分析。结果表明,采用数值模拟得到的贯流泵装置流道的内部流态及其水力损失与流道模型试验得到的结果基本一致;流道的控制尺寸及过流边界的形线对贯流泵装置的水力性能有较为明显的影响。通过采用CFD方法对泵装置内部流场状态进行研究,对减少泵内部涡流、提高泵站效率具有重要的意义,并可为预测水泵性能、优化泵型和改进设计提供理论依据。     

低扬程贯流泵站水力特性研究及其在城市防洪中的应用

通过调研、CFD数值仿真和物理模型试验,对特低扬程双向泵装置进行全面、系统和深入的研究,提出了特低扬程双向泵装置选型和设计的方法及技术路线,推荐平面轴伸泵和潜水贯流泵作为城市防洪泵站建设的基本泵型。以苏州市城市防洪泵站工程为依托,对推荐的泵型型线进行优化设计,     

混流泵装置数值计算及水力性能预测误差分析

运用计算流体动力学方法，对南水北调东线工程中的某大型水泵装置进行CFD数值计算和性能预测。运用数理统计方法，对数值计算和模型试验得到的泵装置效率进行剩余标准差、均值的t-检验和总体方差齐性的F检验，验证水泵装置数值计算的有效性和可靠性。     

金湖泵站贯流泵机组水力性能及结构特点分析

金湖泵站在水力设计中应用CFD仿真技术,通过优化灯泡贯流泵装置进、出水流道的型线来减少水力损失,优化设计效果得到了水泵装置模型试验的验证,预测的泵装置性能与试验结果基本一致。灯泡贯流泵机组的支撑结构、叶片调节机构、主轴密封装置、轴承布置等主要设备的结构设计技术先进,保证了灯泡贯流泵机组的安全和可靠运行。金湖泵站在设备招标中采用与国内外生产厂家技术合作的模式,灯泡贯流泵机组的制作、安装非常顺利,机组各项性能指标均达到南水北调东线工程的要求,为类似大型泵站机组选型、结构设计及机械制造提供了参考。     

南水北调东线工程泗洪站进出水流道优化设计

泗洪站是南水北调东线一期工程江苏境内第四梯级泵站,为深入研究泗洪站灯泡式贯流泵装置的水力性能,确保工程安全高效运行,结合该工程特点,采用CFD理论及数值计算的方法,对水泵的进出水流道进行优化水力计算分析,选出较优的进出水流道模型,以期为后期同类大中型低扬程泵站水泵装置的流道型式选型设计提供借鉴。     

立式轴流泵及装置研制

“立式轴流泵及装置研制”是“十五”国家重大技术装备研制计划项目《南水北调工程成套设备研制》中的专题。该成果紧密结合南水北调东线泵站工程建设,在水力模型、流道优化、原模型性能转换和过渡特性等方面进行了系列研究。本究成果已在南水北调东线一期工程的泵站建设中应用,取得了显著的经济、社会效益,达到了国内领先水平。1.研制开发了3组高性能的低扬程水力模型采用多目标优化方法,集成应用CAD与CFD技术,提出等扬程、加大流量的方法来.确定轴流泵水力模型的设计参数。提出水力模型针对性设计的四步骤:叶轮初步设计→三维紊流CFD…     

南水北调东线灯泡贯流泵水力模型及装置研究开发与应用

根据南水北调东线一期工程灯泡贯流泵站设计和建设需要,以南水北调金湖泵站设计工况为基础,自主研制开发贯流泵水力模型装置,利用FLUENT软件进行了CFD流场计算分析和设计优化。通过天津同台测试和专家鉴定,研制开发的两套水力模型装置最优工况点效率分别达到79.4%和81.9%,空化比转速达到1100以上。装置模型综合性能良好,运行范围宽,适用于1.0～4.5m的特低扬程泵站,在3m扬程下和相同性能的立式轴流泵相比,效率约提高5%,流量提高10%以上。同时,在水泵模型设计和装置性能优化方法上有所创新。     

大套一站水泵装置模型试验研究

大套一站是集灌溉、排涝、降渍等多功能于一体的水利工程。为了保证大套一站安全与高效运行,在初步设计阶段运用计算流体动力学方法,对大套一站进出水流道进行了水力设计优化。优化设计结果表明,水泵的进水条件得到了改善,进出水流道的水力损失明显减小,水泵装置效率得到了提高。为了验证优化设计的效果,进行了水泵装置模型试验。更多还原     

虹吸式出水贯流泵装置结构特点及对比试验研究

广泛应用于低扬程和特低扬程泵站的贯流泵装置,传统设计基本采用平直管出水的结构型式。针对城市防洪泵站扬程低、年运行时间短、安全性和可靠性要求高的特点,提出了5种新型虹吸式出水流道的贯流泵装置结构型式,它们具有结构简单、断流可靠、安装检修方便、维修和养护成本低等优点。在保持模型泵不变的情况下,采用CFD数值模拟技术,进行了不同结构型式的虹吸式出水贯流泵装置数值分析、优化水力设计和性能预测。根据优化设计结果,在高精度试验台上进行了虹吸出水和直管出水的竖井贯流泵装置模型对比试验。试验结果表明,两种竖井贯流泵装置的水力性能基本接近,平直管出水和虹吸式出水都是合适的低扬程泵站出水流道结构型式;在特低扬程情况下,采用虹吸式出水流道的泵装置结构型式具有更明显的优势。     

白沙滩泵站进出水流道数值优化研究

将CFD技术应用于白沙滩泵站工程进、出水流道的优化设计.基于Navier-Stokes方程和标准k～ε紊流模型,依据三维数值模拟的结果,优化泵站进、出水流道的几何参数,改善了流道内流速分布情况,提高了泵站装置效率.     

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。     

An overview of simulation-based hydrodynamic design of ship hull forms

This review paper presents an overview of simulation-based hydrodynamic design optimization of ship hull forms. A computational tool that is aimed to accomplishing early-stage simulation-based design in terms of hydrodynamic performance is discussed in detail. The main components of this computational tool consist of a hydrodynamic module, a hull surface modeling module, and an optimization module. The hydrodynamic module includes both design-oriented simple CFD tools and high-fidelity CFD tools. These integrated CFD tools are used for evaluating hydrodynamic performances at different design stages. The hull surface modeling module includes various techniques for ship hull surface representation and modification. This module is used to automatically produce hull forms or modify existing hull forms in terms of hydrodynamic performance and design constraints. The optimization module includes various optimization algorithms and surrogate models, which are used to determine optimal designs in terms of given hydrodynamic performance. As an illustration of the computational tool, a Series 60 hull is optimized for reduced drag using three different modification strategies to outline the specific procedure for conducting simulation-based hydrodynamic design of ship hull forms using the present tool. Numerical results show that the present tool is well suited for the hull form design optimization at early design stage because it can produce effective optimal designs within a short period of time.     

大型直联式潜水泵选型及装置水力性能研究

拟拆除重建的新洲电排站老站位于南昌市名胜风景区, 该站场地布置紧张, 对水泵机组噪音和可靠性要求高。 经比选确定选用立式潜水泵装置, 采用簸箕形进水流道和井筒式出水流道, 水泵与潜水电机直联。为提高该站泵装 置水力性能, 应用基于 CFD 的方法对该站簸箕形进水流道和井筒式出水流道内水流流动分别进行了数值模拟和优 化水力设计研究, 结果表明: 经过水力优化的簸箕形进水流道出口断面的水流入泵流速分布均匀度和平均角度分别 为 96 1 6%和 88 1 7 b, 进水流道和出水流道在设计流量时的水头损失分别为 01145 m 和 0 1 385 m, 可满足潜水泵装置 高效运行的要求。采用泵装置模型试验方法对数值模拟结果进行了检验, 结果表明立式潜水泵装置最优工况的泵 装置效率达到 65%。     

NUMERICAL STUDY ON AIR FLOW AROUND AN OPENING WITH LARGE EDDY SIMULATION

Jet characteristics of air supply opening in a ventilating or an air-conditioning system is primarily decided by the folw state in the duct connected to the opening. It is valuable to study the opening jet characteristics and the flow state in a duct. In this study, the Large Eddy Simulation (LES) technique combined with the Tarlor-Galerkin Finite Element Method ( FEM) in Computational Fluid Dynamics (CFD) was applied to the problem. The 3-D flow fields in ducts around air supply opening under typical conditions were investigated by numerical simulation as well as experimental measurements. Numerical results agree well with the available experimental data. It indicates that the LES method is available under the conditions with complicated boundaries and inner accompanied by anisotropic large-scale eddies, and it is credible to predict the jet deflection characteristics around an opening.     

大流量工况下预制泵站内部流动特征

针对预制泵站的大流量运行工况,提出多筒体布置方案,采用计算流体动力学方法对预制泵站全流道内的三维流动进行了模拟与分析,借助流动参数分布研究预制泵站的运行特征。根据流量分配的原则设计了4筒体顺序并联和对称并联两种方案,每个筒体内包含2台输送泵。在两种并联方案条件下进行了8台泵同时运行的流动模拟与分析,获得了输送泵和筒体内的流量分布,总结了输送泵实际运行工况偏离其设计工况的原因。对泵内流动状态进行了对比,分析了相邻泵之间的相互干扰。通过分析预制泵站出口管路内的速度和压力分布、流量分配方案及泵站底部流动特征对泵站运行的影响,描述了影响泵站运行稳定性的水力因素。研究结论为预制泵站的设计、控制和运行提供了参考。     

惠南庄泵站水泵结构特点与性能分析

惠南庄泵站采用大型卧式双吸离心泵,为大流量、高扬程、大变幅、高效率水泵,目前在国际同类型泵中处于领先地位。设计中针对泵站流量、扬程变幅大,年运行时间长等特点,以计算流体动力学CFD为基础,分析和预测了大型高扬程水泵动态特性,研发了先进的水力模型及特殊的结构设计,并采用了大功率水泵变频调速技术。这不仅满足了泵站大幅度流量调节,而且确保了机组安装检修方便,抗汽蚀性能优、安全平稳、高效节能。泵站流量大幅度调节并结合小流量自流,实现了南水北调北京段输水流量过程的无缝衔接,提高了我国大型泵站技术装备水平,推动了我国大型高扬程水泵机组的科技进步。     

南水北调东线长沟泵站立式轴流泵装置选型与优化设计

在南水北调东线长沟泵站立式轴流泵装置的选型设计中,采用两种水泵选型计算方法确定了两个可选水泵模型,通过流动计算分析和优化设计确定了肘形进水流道型式以及出水流道的两种可选型式,将计算结果组合成4个方案进行装置模型同台对比试验,其最优方案在泵站平均扬程工况(扬程3.66m,流量33.3m3/s)换算点装置效率达到78.4%,空化比转速为1 180。研究结果表明,对于工作扬程在4m附近的大型泵站,采用立式装置型式能够节省工程投资,并实现泵站的安全高效运行。