大型泵站低扬程泵装置效率指标的推算

为了合理确定我国低扬程泵装置主要工况水力性能的考核指标,以适应我国大型低扬程泵站建设事业不断发展的需要,提出建立在水泵模型同台测试试验数据和流道优化水力设计研究成果基础上的推算低扬程泵装置效率的基本方法,即:泵装置效率由泵段效率和流道效率的乘积得到,其中,泵装置中的泵段效率由同台测试结果经修正后得到,流道效率由流道水力损失及泵装置扬程计算得到;应用该方法推算了大型泵站贯流泵装置和立式泵装置模型主要工况的效率考核指标。     

基于变频控制的实体模型流量控制

设计了变频流量控制系统,改进了变频器控制方法,采用标准电压输出模块和电压检测模块组合成变频器反馈控制系统,实时调整变频器端子电压调节水泵流量输出。变频器和水泵输出流量成线性关系,通过试验测试了3台泵不同组合条件下频率流量关系,单台泵频率流量线性关系相关系数达到0.99,而多台泵频率流量关系不同于单台泵对应关系,且相关系数有所减小。因此,多泵变频控制系统应采用组合率定法标定不同泵组合时频率流量关系。以甬江模型为例,组合率定法流量控制偏差小于0.5%。     

低扬程水泵选型新方法

通过理论分析和模型试验 ,研究泵与泵装置特性的关系 .进出水管道水力损失占泵站净扬程的比重越大 ,泵装置最高效率点的流量越小 ,而泵装置最高效率点的扬程与最高效率点的泵段扬程基本一致 .为保证泵装置运行在高效率点 ,所选用泵的扬程应与泵站净扬程相当 ,而流量必须加大 ,据此提出泵的等扬程加大流量选型方法     

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。     

低扬程灯泡贯流泵水力特性及内部流场数值模拟

为了更加深入地研究灯泡贯流泵及其后置导叶的水力性能,采用CFD方法,借助于RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLIEC算法,对灯泡贯流泵装置全流道进行了数值模拟,分析了其在4种特殊流量工况点下机组后置导叶的流动特性,研究了灯泡贯流泵的内部流动特征。结果表明:在最优工况点时,泵装置的内部流态较好,水流平直顺畅,导叶的导流作用最好;在小流量工况下,泵叶轮进口处出现了大范围的回流、漩涡区,叶轮出口处出水流的流态紊乱,相邻叶片翼型周围有明显的回流区,后置导叶翼型周围的流态紊乱,存在大范围的不良流态区域;在大流量工况下,叶片周围流态较好,出水流态内的回流区较少,但导叶周围的流态较差。可见,后置导叶对叶轮出口处水流的导流作用明显,偏离最优工况时,导叶区的水力损失较大。     

灯泡贯流泵装置的基本流态分析

为了回答灯泡贯流泵装置中的灯泡体究竟应该前置还是应该后置的问题,应用水泵装置三维湍流数值模拟的方法分别研究了南水北调东线工程某泵站前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置两个不同方案的流态,揭示了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置的基本流动属性;数值模拟的结果得到流道模型试验的验证。研究结果表明:前置灯泡贯流泵装置的进、出水流态均匀平顺,水力损失较小;后置灯泡贯流泵装置的进水流态均匀平顺,但出水流道内存在明显的偏流和旋涡流动,水力损失较大;灯泡体前置符合水力学的基本原理,是获得最佳灯泡贯流泵装置水力性能的必要条件之一。     

采用暴雨后期平均排除法计算排涝泵站规模研究

随着近年来城市化进程加速,城市排涝泵站建设需求激增,如何因地制宜确定排涝泵站规模尤为重要。淮北地区常用的方法有排模法、24 h降雨24 h 平均排除法和调洪演算法等。其中调洪演算法是确定排涝泵站规模比较准确的方法,但淮北地区多数排涝泵站所在河道缺少实测流量及产汇流过程线等数据,采用调洪演算法计算较繁琐。以七渔河泵站作为计算实例加以探讨,研究发现,采用最大 24 h 降雨时程分布 24 h 内暴雨后期平均排除法计算产汇流及排涝泵站规模方法便捷且计算精确,为淮北地区排涝泵站规模计算提供了一种新的方法。该方法适用于流域面积小于 50 km2 且缺少实测流量等数据的排水区域,已在阜阳市芦桥沟泵站和临泉县白沟站得到运用,结果科学可行。     

基于熵产理论的竖井贯流泵流动损失特性

为了研究竖井贯流泵流动损失特性,基于URANS方法,采用FBM-CC湍流模型对竖井贯流泵内部流场进行了非定常计算,并利用熵产理论对不同流量工况下竖井贯流泵各部件的流动损失特性进行了定量分析。结果表明:FBM-CC湍流模型能够有效预测竖井贯流泵水力性能,与试验结果较为吻合;竖井贯流泵流动损失从大到小依次为叶轮段、出水流道、导叶体、进水流道;叶轮段能量损失的主要来源是湍流耗散,其熵产比率最高可达92%;涡流和流动分离导致出现局部高熵产区域;临界失速工况叶轮轮毂处存在大量涡流,轮缘处流动相对较稳定;深度失速工况受叶顶间隙泄漏流影响,叶轮进口轮缘处出现流动分离,随着流量进一步减小进水流道流态受到影响,叶片前缘出现分离涡。     

基于反问题设计的离心泵叶轮泥沙磨损特性优化研究

离心泵被广泛应用于我国黄河沿岸的提灌泵站中。黄河水中的泥沙对离心泵造成的泥沙磨损问题严重影响离心泵的安全高效运行。反问题设计是离心泵叶轮优化设计的常用方法，但作为其关键设计参数的叶片载荷加载方式对离心泵磨损性能的影响尚不清楚。针对叶片载荷加载方式对离心泵叶轮泥沙磨损特性影响的问题，采用固液两相流数值计算的方法，研究了前盖板前加载后盖板后加载、前后盖板均偏中加载以及前后盖板均偏后加载3种不同叶片载荷加载方式对离心泵水力性能、叶轮磨损特性和固液两相流流场特性的影响。结果表明：相比于其它方案，前后盖板均偏中加载方案得到的离心泵具有较优的水力性能。在各工况下，相比于原叶轮，前后盖板均偏中加载方案的叶片最大磨损率减小25%~73%，小流量工况下可减小73%，大流量工况下可减小25%，明显提高了叶片的磨损性能。相比于原叶轮，3种优化方案在前盖板背面流线上的压力分布更均匀光顺;在小流量工况下，前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案叶片表面的固相体积分数较小，各种方案得到的叶片表面的速度分布基本相同;在额定流量工况下，原叶轮的叶片表面体积分数较小，前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案的叶片工作面固相速度大的区域相对较小，固相速度也有所减小。因此，前后盖板均偏中加载方案具有较优的水力性能和磨损特性，可为离心泵叶轮磨损特性的优化提供参考。     

混流泵叶轮的正反问题迭代设计

本文介绍一种对Ｓ１流面流动进行正问题计算确定滑移系数Ｐ，并与一元法迭代计算的新设计方法，此法能更好地符合设计参数的要求，并且也可用于离心泵叶轮、轴流泵叶轮和导叶的水力设计。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D TURBULENT FLOW IN THE MULTI- INTAKES SUMP OF THE PUMP STATION

In this article, a numerical model for three-dimensional turbulent flow in the sump of the pump station was presented. A reasonable boundary condition for the flow in the sump with several water intakes at different flow rates was proposed. The finite volume method was employed to solve the governing equations with the body fitted grid generated by the multi-block grid technique. By using the Fluent software, the fluid flow in a model sump of the pump station was calculated. Compared with the experimental result, the numerical result of the example is fairly good.     

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。     

The simulation of multiphase flow field in implantable blood pump and analysis of hemolytic capability

The numerical simulation of the axial flow impeller blood pump NIVADIII is carried out by using a CFD multiphase flow model. The hydrodynamic performance of the pump and the flow field in the pump are analyzed, and the shear stress distribution is obtained. A hemolytic prediction model based on the shear stress is built based on the calculation results, and it can be used for quantitative predictions of the hemolytic behavior of a blood pump. Hemolysis tests in vitro were performed 6 times with fresh bovine blood. At each time, the flow of the pump NIVADIII is 5 L/min and the outflow tract pressure is 100 mmHg. According to the tests, the plasma free hemoglobin (FHB) content and the hematocrit (HCT) are measured after 0 s, 0.5 s, 1 s, 1.5 s, …4 s. At the end of each experiment Normal Index of Hemolysis (NIH) of NIVADIII is calculated. The average of NIH is 0.0055 g/100L, almost identical with that obtained from the hemolytic prediction model. This method can be applied in the selection stage of a blood pump.     

用于确定双吸离心泵Suter曲线的三维内特性法研究

水泵Suter曲线是泵站水锤分析的必备条件之一。现有用于获取双吸离心泵Suter曲线的实测法具有难度大、成本高的特点,而间接插值估算法的精度又比较低,本文提出了一种通过水泵流场三维数值计算确定双吸离心泵Suter曲线的新方法,简称三维内特性法。该方法采用计算流体力学(CFD)技术,对双吸离心泵的水力模型进行三维造型、工况离散、流场计算及结果转化,以快速、准确地获取双吸离心泵Suter曲线,在正水泵工况、正水轮机工况、反水轮机工况、反水泵工况等工况下,计算出相应流量、转速、扬程和转矩关系。定量分析表明,相比于间接插值估算法,采用三维内特性法获得的Suter曲线中,Wh(x)的计算精度平均提高了39.2%,Wb(x)的计算精度平均提高了26.3%;在将采用该方法获得的双吸离心泵Suter曲线用于事故停泵工况水锤分析时,计算得到的系统最大压力降低了15.0%,管线发生汽化压力的范围缩减了81.4%,双吸离心泵的最大倒流量增大了11.9%,最大倒转速降低了6.1%,与实际测试结果更为接近。该方法为提高双吸离心泵站水锤分析精度提供了一种新技术途径。     

基于CFD方法的竖井贯流泵装置进出水流道优化设计

运用计算流体动力学方法,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,针对通吕运河水利枢纽工程贯流泵装置特征扬程和设计参数对全流道进行数值模拟,在给定的水位资料和土建控制尺寸范围内,对竖井贯流泵装置进、出水流道进行了CFD分析和水力设计优化。通过对三种不同竖井宽度的进水流道内部流态分析、水力损失计算和泵装置效率预测,优选竖井最大宽度确定为5.4 m,该方案设计工况下进水流道水力损失为0.053 m。通过对三种不同出水流道设计方案内部流态分析、对水泵的效率影响和水力损失计算,上翘角对直管出水流道内部流态、水力损失和泵装置效率产生一定的影响,对比分析采用底部上翘角为3.56°的直管式出水流道具有较优的水力性能,且采用该方案时挡土翼墙高度可减少约1 m。竖井贯流泵装置内流CFD分析与进出水流道优化设计可为同类型泵站的设计提供优化参考。     

两种叶型离心泵内固液两相流场的对比

为了研究分流短叶片离心泵内固液两相流场的运动规律,应用Fluent软件分别对分流短叶片离心泵和原型离心泵进行固液两相流场的数值模拟,在多重参考系坐标下,采用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散,选用标准的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法进行求解,得到两种不同叶型离心泵内固相浓度、速度等参数的分布和变化规律,并对其结果进行比较和分析。模拟结果表明:在输送相同初始固相体积浓度时,分流短叶片离心泵内固相浓度分布均匀性明显高于原型离心泵;对于分流短叶片离心泵,流道内固相颗粒浓度分布均匀性随着初始固相体积浓度的增大而减小;分流叶片离心泵内速度等值线基本与叶型平行,减小了流动损失。采用分流短叶片,对于改善离心泵内流动状态,减小流场脉动,降低冲击损失和叶片磨损具有重要意义。所得结论对于指导实际应用以及为分流短叶片固液两相流离心泵的设计提供参考依据。     

低扬程大流量泵站单机流量测量

对传统流量测量方法进行了综述，提出了采用内贴式超声波7510系列便携式流量计对低扬程大流量泵站单机流量进行测量是十分有效的。对内贴式超声波7510系列便携式流量计的测量原理、性能和安装方法进行了阐述，并结合南水北调东线江都第二抽水站进行了流量测量，对其测量结果进行了误差分析。     

离心泵变角调节研究及节能分析

目前,国内离心泵工作点的调节方法主要是采用变速调节和变径调节法,但是变速调节和变径调节都有一定的调节范围,在某些情况下并不能完全满足要求。针对中小型离心泵站和灌排两用离心泵站,提出了利用变角调节来改变水泵运行工况的方法。根据离心泵的水流运动特点及叶轮进口相似三角形的关系,推导出了离心泵的流量数学模型。以山西省某供水工程和天津某灌排两用离心泵站为例,通过改变叶片的入口安放角,达到调节水泵运行工况的目的;同时,针对天津某灌排两用泵站的实际情况进行了节能分析。分析结果表明:变角调节后可以减少能耗,提高工程的经济效益。     

基于CFD的多级离心泵吸水室优化研究

为分析吸入段90°转角产生的水流偏向对多级离心泵性能的影响,将多级离心泵首级单独取出并配以导叶和进出水段,完成了三维实体建模及网格剖分,基于大型SST剪切应力模型和N-S方程进行了数值模拟计算。仿真结果表明,叶轮进口水流偏向一侧,叶轮各通道的压力分布存在不均匀的情况。在计算结果基础上,对吸水室进行了型线调整,压缩了回流区域,使进水变得较为均匀。优化后,在1.1Q_d,1.0 Q_d和0.6 Q_d工况下,效率分别提高了1.4%,1.1%和2.6%。所研究的优化方法可为多级离心泵的优化提供一种新的思路。     

海洋工程水池潮流发生装置—特殊轴流泵的水力设计及流动计算

随着海洋工程的发展,许多国家已建造模拟真实海况潮流现象的水池。本文研究了海洋工程潮流发生装置——特殊轴流泵系统,对这种低扬程、极高比转数的特殊轴流泵进行了水力设计。理论分析了转轮内部流动,建立了用有限元方法进行流动计算的计算机程序。在对日本平冢研究所试验水池的轴流泵(ns=2250)作校核设计的基础上,给出了新的设计条件下(ns=1580)算例的数值结果。