低扬程立式泵进水流道基本流态及水力性能的比较

采用数值计算和模型试验的方法分别研究了低扬程立式泵装置常用的肘形、钟形和簸箕形等三种形式进水流道的基本流态,给出了表达这三种形式进水流道水力性能的主要指标。结果表明:三种形式进水流道都可为水泵叶轮室进口提供良好的进水流态,但流道水力损失差别较大;肘形进水流道流态简单、水力损失小,钟形和簸箕形进水流道的流态较复杂、水力损失较大;对于年运行时数较多的大型泵站,宜优先选用水力性能最好的肘形进水流道。     

低扬程泵站直管式出水流道优化设计计算及模型试验研究

针对低扬程泵站直管式出水流道水力设计中存在的问题，采用CFD理论对其进行了优化水力计算，并采用流道模型试验的方法对理论计算结果进行了验证。这种将数值模拟计算与流道模型试验相结合的方法，已应用于南水北调东线一期工程台儿庄泵站设计中。     

轴流泵出水流道水力损失分析与无出流环量后导叶设计

轴流泵出流具有环量,该环量会引起出水流道的附加水头损失或偏流,增加出水的水力损失,使装置效率下降7％左右。针对上述问题,本文分析了后导叶各参数对出流环量的影响,提出了无出流环量后导叶的设计方法,以消除附加水头损失和偏流。     

基于CFD模拟的大型低扬程泵站低驼峰式出水流道水力优化研究

低驼峰式出水流道结构设计不当易引发偏流现象,将严重影响大型低扬程泵装置的安全稳定运行。依据浙江省某泵站的有关参数,采用三维数值计算的方法,对泵站整体模型水流流场进行模拟,并通过物理模型试验进行计算可靠性验证。结果表明,湍流模型Realizable k-ε的计算结果与试验结果最接近;泵站低驼峰式出水流道空间流线随过流断面的扩散而扭曲,其扭曲程度随流量的减小而加强;在低驼峰式出水流道中设置中隔墩有助于优化流场,但会使低驼峰式出水流道的水力损失增加;通过对不同几何参数的中隔墩进行多方案比较,发现在低驼峰式出水流道中设置长为3.90D、宽为0.10D的中隔墩流场优化效果最佳。研究结果可为同类型泵站工程优化设计提供一定借鉴。     

泵站出水流道基本流态分析

为了改进泵站出水流道的水力设计方法，采用三维紊流数值模拟的方法，模拟了虹吸式、直管式和斜式三种型式出水流道内的流动形态；发现出水流道平面方向上的扩散情况较好，而立面方向在出口断面附近则不同程度地存在着旋涡，该旋涡对流道出口断面的流速分布有很明显的影响；提出在流道设计时应最大限度地利用流道宽度方向的扩散，以免出口断面的有效面积过多地被旋涡挤占。     

虹吸式出水流道与直管式出水流道的比较

对于立式泵配套使用的虹吸式和直管式这两种型式的出水流道进行了多方面的比较和分析,得到以下结论:①在较低扬程的条件下,虹吸式出水流道的水力损失明显小于直管式出水流道;②虹吸式出水流道的断流方式简单、可靠、投资少,直管式出水流道的断流方式难以与其相比;③在水位满足虹吸式出水流道应用条件的情况下,采用虹吸式出水流道比采用直管式出水流道更为可靠、更为经济、更为合理;④应对立式泵装置出水流道型式的选择予以高度重视.     

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。     

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。     

斜式轴流泵装置出水流道偏流特性研究

斜式轴流泵是大流量低扬程提水领域的一种典型泵型,但其在某些工况下存在严重偏流问题,是影响斜式轴流泵站安全稳定运行的工程难题和关键科学问题。本文以浙江盐官泵站15°斜式轴流泵装置模型为研究对象,通过模型试验和数值模拟方法对装置内部瞬态流动特性进行研究,分析了不同流量工况下内部流动特征及偏流产生的原因,提出了解决偏流问题的抑制措施。研究结果表明:顺水流方向出水流道隔墩左侧流量高于右侧,最优流量工况下偏流比达2.33,有70%的流量从左侧流道流出;出水流道内的偏流是因水流在剩余环量的影响下发生偏转,通过弯管段时产生的;在出水流道弯管段设置偏流抑制措施可有效改善出水流道内部流态,抑制偏流的发生。本文研究成果已经应用到盐官泵站装置原型上,并得到了很好的应用,从而为解决大型斜式轴流泵站偏流问题,保证泵站安全稳定运行提供了参考。     

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。     

基于全模拟的水泵装置模型虹吸出水流道水力特性分析

虹吸式出水流道是大型泵站出水流道的主要形式之一,由于实际工程地形条件的限制,南水北调东线水源工程江都一站所采用的虹吸出水流道在工程设计中并不常见。针对江都一站泵装置模型虹吸出水流道,通过CFX软件对该泵装置全流道进行数值模拟,研究虹吸出水流道内部水流的运动特性、预测水力性能。计算结果表明管路水头损失主要来自于弯管段的水头损失,从出水流道进口至出水流道出口涡量呈现下降趋势,但是在出水流道出口,由于截面面积过大导致出口截面速度分布不均且引起了涡量的增加。对该泵装置进行外特性预测得到的结果与试验数据的整体趋势基本一致,表明计算结果真实可信。     

叶轮直径对立式泵装置流道水力损失的影响

采用数值计算的方法，分别计算了与不同叶轮直径的立式轴流泵配套使用的肘形进水流道和虹吸式出水流道在一定设计流量下的水力损失，并采用模型试验的方法对流道水力损失数值计算的结果进行了验证，得到了叶轮直径对流道水力损失具有显著影响的明确结论；在流道水力损失研究结果的基础上，为便于对具有不同叶轮直径和不同设计流量泵装置的流道水力损失进行较为客观的比较和评价，提出了名义平均流速的概念。     

灯泡贯流泵流道模型水力损失的测试

为了配合某大型泵站贯流泵装置的优化水力设计研究工作,本文提出了设计专用模型试验装置,将贯流泵装置进水流道和出水流道从水泵装置模型中分离出来分别进行模型试验及水力损失测试的方法。介绍了新方法所采用的测试装置及测试设备、试验准则、水力损失计算方法等有关问题。采用本文的方法对某泵站前置灯泡和后置灯泡贯流泵的进、出水流道分别进行了模型试验,测试了流道水力损失。试验结果表明:采用新方法进行贯流泵进出水流道水力损失的测试,可以较为方便地得到准确的结果;贯流泵装置进、出水流道的水力损失与灯泡布置的位置密切有关。     

低扬程立式轴流泵装置模型马鞍形区研究

结合南水北调东线工程某大型泵站,采用物理模型试验和数值模拟方法,对低扬程立式轴流泵装置模型的马鞍形区进行了研究。试验结果表明,低扬程立式轴流泵装置在部分流量区域出现不稳定的马鞍形区,马鞍形区扬程范围大约在1.3Hd~1.6Hd;各个叶片安放角度下的马鞍形区流量范围各不相同,在0°叶片安放角下,在50%~75%的设计流量之间出现马鞍形区。结合不同工况的数值模拟结果,对装置模型马鞍形区的流动特性进行了分析,发现叶轮进口轮缘和叶轮出口轮毂产生二次回流是造成低扬程立式轴流泵装置模型效率下降和运行不稳定的直接原因。     

Numerical Investigation of Performance of an Axial-Flow Pump With Inducer

The interaction of flow through the inducer and impeller of an axial-flow pump equipped with an inducer has significant effect on its performance. This article presents a recent numerical investigation on this topic. The studied pump has an inducer with 3 blades mounted on a conical hub and a 6-blade impeller. The blade angle of the impeller is adjustable to generate different relative circumferential angles between the inducer blade trailing edge and the impeller blade leading edge. A computational fluid dynamics code was used to investigate the flow characteristics and performance of the axial-flow pump. For turbulence closure, the RNG k-ε model was applied with an unstructured grid system. The rotor-stator interaction was treated with a Multiple Reference Frame (MRF) strategy. Computations were performed in different cases: 7 different relative circumferential angles ( Δθ ) between the inducer blade trailing edge and the impeller blade leading edge, and 3 different axial gaps (G) between the inducer and the impeller. The variation of the hydraulic loss in the rotator was obtained by changing Δθ . The numerical results show that the pressure generated is minimum in the case of ( G = 3%D), which indicates that the interference between inducer and impeller is strong if the axial gap is small. The pump performances were predicted and compared to the experimental measurements. Recommendations for future modifications and improvements to the pump design were also given.     

喀腊塑克水库底孔水工模型试验研究

通过进行水工模型试验,研究了喀腊塑克水库大坝底孔设计方案的合理性。结果表明：设计基本合理,但出口明槽段底板有产生空蚀的可能。建议优化底板曲线并采取抗蚀措施。该试验成果对工程设计和其他模型试验均具有一定的借鉴意义。     

水泵叶轮直径对低扬程泵装置水力性能的影响

采用数值计算的方法,分别计算了具有不同水泵叶轮直径的立式轴流泵装置和灯泡贯流泵装置的流道水力损失,比较了水泵叶轮直径对流道水力损失的影响;根据叶片泵的相似律,分析了在一定设计流量条件下水泵叶轮直径与nD值的关系以及对水泵选型设计的影响。结果表明：选取较大的水泵叶轮直径将显著提高流道效率和泵装置效率;＂增径降速＂与降低nD值是一致的;在泵装置扬程较低的情况下,选取较小的nD值便于选用到水力性能较好的轴流泵水力模型。     

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。