华能罗源电厂循环水泵房进水流道的水力性能优化研究

循环水泵房前池和流道良好的水力性能对保证电厂的安全、可靠、高效运行至关重要。采用1∶10的正态比尺模型,对华能罗源电厂一期工程循环水泵房前池和进水流道的水力特性进行了试验优化。针对原设计方案存在的前池内水流扩散不充分、吸水室内流速分布不均匀、吸水喇叭口前有预旋等不利流态,通过采取在前池和滤网出口处分别布置多排导流扩散墩、调整胸墙高度、优化喇叭口底部导流防涡结构等综合措施,有效地改善了前池和流道内的流态和流速分布,保证了水泵吸水管理想的进流条件。研究成果可供类似工程设计借鉴。     

核电厂二次循环冷却水泵房流道水力特性优化研究

二次循环冷却技术是内陆核电建设的关键技术和重点研究方向,泵房流道内良好的水力特性对循环冷却水系统的安全、高效运行至关重要。结合世界首个采用超大型高位收水海水冷却塔二次循环冷却技术的核电项目,开展了循环水泵房流道物理模型试验,模拟分析了流道内流态、水力特性和启停泵过程的水位波动。试验结果表明：采用高位收水冷却塔的二次循环冷却水泵房具有“大取水流量、前池侧向进水、有限容积、高位布置”等特点,在不采取整流措施的条件下,流道内流速分布不均匀,吸水室内偏流严重,吸水喇叭口前存在预旋流,水泵吸水管涡角偏大,影响循环水泵的安全稳定运行。优化方案针对性提出“前池墩栅阵列分水整流+吸水室墩墙联合均流消涡”组合措施,改善了流道和吸水室内流态,满足了循环水泵平顺、均匀进流的要求。此外,根据启停泵水位波动的试验结果,给出了系统充水的最高静水位和启停泵间隔周期建议。研究成果可为后续核电厂二次循环冷却水系统的优化设计提供参考。     

某核电厂二期工程循环水泵房水流特性试验研究

针对某核电厂二期工程循环水泵房前池和流道的水流特性,根据引水明渠引水水流特点,结合物理模型试验,在前池采用多种整流措施,优化各水工建筑物的体形尺寸,有效改善了吸水室内水流流态及流速分布的不均匀性,并提出有利于循环水泵安全、高效运行,投资较省的工程措施。     

印尼BANTEN电厂取水泵站取水流道试验研究

大容量电站循环水泵房进水流道水力性能设计对保证循环水泵的安全和高效运行是至关重要的,良好的流道设计不仅对水泵安全、优化运行有利,同时它也是优化水泵房布置降低投资的前提条件。通过印尼万丹超临界燃煤电站取海水泵站的水工模型试验,研究大型取水泵站前池及进水流道的流态,分析产生不良流态的原因,提出改善前池及进水流道水流流态的不同措施,如消涡板、底坎及整流墩等。采取治理措施后各工况条件下,流道内水流均匀,无有害漩涡产生,机组运行平稳,从而提高了泵站效率和保持安全经济运行,为类似工程提供参考。     

惠南庄泵站前池流道模型试验研究

对南水北调中线一期工程北京段有压输水方案的惠南庄泵站前池流道的水力特性进行试验研究，提出了前池流态及进水口总扩散角、水泵进水池内、外流态及漩涡型态，前池水面线及水面波动等项成果，验证了前池系统水力设计的可行性及合理性。     

泵房进水前池优化试验研究

结合工程实际,用物理模型试验对电厂单管进流、短过渡段泵房前池水力特性进行了模拟研究,提出了在进水前池内设置适宜的消能、整流横梁及斜向导墙工程措施,明显改善了前池内水流流态,入口水流均匀、平顺,为水泵的安全、经济运行创造了有利条件。     

泵站前池隔墩整流的数值分析

 泵站前池扩散角过大会在池中形成边侧回流,恶化水泵的进水条件,因此一般需要研究适当的整流措施。应用正交曲线坐标系下的二维水深平均数学模型,对大扩散角的正向泵站前池中设置隔墩前后的流态进行了数值模拟,以分析设置隔墩的整流效果。计算中在交错网格上对控制体积分得到离散方程,并用SIMPLEC算法求解。数值模拟表明,对所研究的泵站前池,适当设置隔墩对前池扩散角过大引起的不良流态有明显的改善效果。     

吸水流道在长桥水厂二级泵房的应用

给水厂二级泵房离心泵一般采用吸水井吸水。吸水井尺寸较大、混凝土用量较多流态较 差,而且需考虑抗浮,因此整体费用较高。在长桥水厂改造中,结合渠道输水,借鉴大型立式泵常用 的前池和流道形式,设计了埋地式吸水流道,代替常规吸水井。改善了吸水流态,减小占地,节省抗 浮费用,增加了绿化面积。     

大型城市水源泵站前池流态及改善措施试验

结合上海市长江引水三期工程水源泵站水力模型试验,研究和分析大型城市水源泵站前池流态以及产生不良流态的原因,提出了消涡板、非全段式底坎和八字形导流墩等改善不良进水流态的工程措施,并对底坎和八字形导流墩措施进行比较分析。试验结果表明,虽然底坎和导流墩整流措施布置形式不同,但两者改善流态的效果差异不大,均能有效改善泵站前池的进水流态,提高水泵运行工作效率。     

大扩散角进水流道水力诊断及优化

为解决大型火电站循环泵顽固性振动,采用雷诺时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,对1 000 MW超超临界火电机组并联泵循环水流道与循环泵内水力状况进行FLUENT三维数值诊断性分析,模拟研究了进水流道内的流体流动形态、流速分布以及泵体周围和喇叭口周围流场的水力问题,并依此对循环水道进行了优化整流方案研究。研究结果表明,循环水流道前池过短且为不规范矩形,由引水段冲入的流体无法在前池内得到充分发展扩散,吸水室内水流流态严重偏流乃至贴壁流动,近壁流体流速差可达0.3 m/s;喇叭口处截面流速严重不对称,循环水泵周围流场紊乱,来流两侧水流流速差异过大,流速差最大可达0.5 m/s,进水条件恶劣。采取针对性优化整流方案后,进水流道内水流流态分布更加均匀,水泵进水条件得到显著改善。     

过鱼设施进口及吸引流设计

利用过鱼设施效果评价模型,分析得到过鱼设施进口吸引流是影响过鱼设施效果的关键因素。通过研究我国过鱼设施现状,指出我国过鱼设施在进口吸引流设计方面存在的不足。结合水利水电工程特性,从过鱼设施吸引流和竞争流的角度出发,给出了过鱼设施位置、进口位置、进口朝向、进口吸引流流量和流速等关键问题的设计思路,并提出了过鱼设施进口概化模型。     

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。     

鱼道进口水流对草鱼幼鱼上溯行为的影响研究

为使鱼类能够快速发现和顺利进入鱼道进口并成功过坝,设计了鱼道进口概化模型。以草鱼幼鱼为研究对象,在18±1℃的条件下研究了鱼道进口流速对鱼类上溯行为的影响。研究发现:鱼道进口水流存在一个最佳流速,在该流速下,鱼类进入鱼道进口的效率最高。利用诱鱼流道补水有助于进一步提高鱼道进鱼效率,诱鱼流道水流与鱼道进口水流之间存在一个最优流速比。针对草鱼幼鱼的鱼道进口最佳流速约为0.3 m/s,诱鱼流道水流与鱼道进口水流的最佳流速比约为2.3。通过对洄游区鱼类游泳轨迹以及流场耦合,可知草鱼幼鱼上溯的喜好流速范围是0.20~0.30 m/s。研究成果对于鱼道进口水力设计具有重要意义。     

南水北调工程北京大宁调蓄泵站流道比选与优化研究

北京大宁调蓄泵站是大宁调蓄水库的重要组成部分,对解决南水北调来水与北京需水过程不匹配问题起着重要作用。根据泵站特点选定立式潜水导叶式混流泵为工程的合理泵型。通过三维紊流模型对肘形、簸箕形进水流道内水流流态进行数值模拟,预测和评价流道的水力特性,综合考虑水力性能和施工方便性,选用簸箕形进水流道。为进一步提高水泵的装置效率,对簸箕形流道进行优化设计,有效地改善了水泵的进水条件,装置最高效率提高了1.08%。本工程的研究成果可为类似工程设计提供参考。     

Fish passage modelling for environmental flows: Hawkesbury‐Nepean River,NSW, Australia

Robust, objective, and repeatable approaches that define flow thresholds for fish passage across critical natural barriers such as riffles, rapids, and waterfalls are required for determining environmental flow strategies. These approaches also provide an opportunity to garner community sector backing for environmental flow releases from dams in support of tangible environmental beneficiaries—native fish. This paper outlines the results of a two‐dimensional hydraulic modelling approach to fish passage assessment for Australian bass (Percalates novemaculeata) that was used to inform the development of an environmental flow regime downstream of Warrragamba Dam, NSW, Australia. Flow rates of ≥500 MLd^?1 were found to facilitate depth‐limited upstream passage through a 20‐km river reach that contained 19 natural passage barriers to adult Australian bass up to 400–450 mm in length. Ideal passage conditions were determined at flow rates of ≥1,000 MLd^?1. Juvenile bass passage was found to be inhibited by high velocities at flow rates >250 MLd^?1, with flows of 100–250 MLd^?1 providing ideal conditions for juvenile passage. Fish length, body depth, and caudal fin depth data, as used in this study for Australian bass, provided more precise fish passage depth thresholds. Precision in fish passage assessments is important as each centimetre of additional flow depth influences cost–benefit analyses of environmental flow releases versus consumptive water uses. Although hydraulic modelling and field‐based approaches to fish passage assessment are well established, there is currently a lack of published data on native Australian freshwater fish length, body depth, and caudal fin depth data for use in fish passage assessments and for inclusion in “fish‐friendly” government policy initiatives.     

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。     

水泵水轮机增减负荷过程三维流动特性大涡模拟分析

采用大涡模拟(LES)对水泵水轮机增减负荷过渡过程进行三维非定常数值模拟,捕捉到了不同开度下叶道中多种涡系结构,展示了叶道涡涡量分布,分析了水轮机工况及水泵工况小流量运行区的流动结构变化特性,揭示了水流进口攻角与叶道涡涡系结构关系,对各类叶道涡不同形态进行了研究并提出了马蹄涡识别变量,并对比分析了水轮机工况及水泵工况涡结构变化特性。计算表明水泵水轮机的水力稳定性与机组运行工况改变时的流动结构特性密切相关,在增减负荷过渡过程中,叶道涡结构的尺度及分布范围均随时间发生较大变化,是影响流态发生巨变的主要因素。     

流道喷涂对双吸离心泵压力脉动特性影响研究

流道喷涂技术能有效提高水泵过流部件抗磨损能力并降低水力损失,但其对压力脉动特性的影响并不明确。本文采用试验的方法,对一双吸离心泵流道喷涂前后的压力脉动进行同台测试,并分析了混频幅值和频谱特性。结果表明:流道喷涂处理降低了流道粗糙度,减小了水力损失,提高了效率,但同时也改变了水泵固有的压力脉动特性。对于吸水室,喷涂处理缩小了压力脉动稳定区的范围,使小流量工况区的压力脉动峰峰值达到喷涂处理前的2.8倍,加剧了水泵在小流量工况下运行的不稳定性。对于压水室,喷涂处理使靠近隔舌区域在小流量区的压力脉动明显增加,使远离隔舌区域在大流量区的压力脉动增加。而在设计流量区域,喷涂对各个位置压力脉动影响不明显。为了使喷涂技术发挥综合效果,保证水泵运行稳定,应该尽量避免喷涂后的水泵在偏离设计流量工况运行,特别是严格避免水泵在低于0.75倍设计流量工况运行。     

整流罩在泵站肘形进水流道中的应用效果分析

肘形进水流道广泛应用于大型低扬程泵站,其弯曲段的内侧与外侧曲率半径相差较大,故流道出口存在较严重的流动不均匀性,从而影响泵站工作效率。针对此问题,本文设计了一种装在肘形进水流道末端的整流罩,并采用计算流体力学方法对传统肘形进水流道和加装整流罩的进水流道进行了对比分析。研究发现,传统肘形进水流道在弯曲段内,内侧流速比外侧流速高28.4%。在进水流道末端加装整流罩之后,进水流道出口速度分布均匀度基本保持不变,但设计工况下出口水流平均偏流角由原来的13.1°减小至4.3°,降低70%以上,水泵扬程增加2.3%,水泵效率增大2.5%。上述结果表明,整流罩在减小了进水流道出口水流平均偏流角之后,使水泵进口流态得到改善,从而降低了泵内流动损失,提高了水泵扬程和效率。该项研究工作对改善大型泵站水力设计,提高泵站运行效率具有参考价值。     

Hydraulic assessment of environmental flow regimes to facilitate fish passage through natural riffles: Shoalhaven river below Tallowa Dam,New South Wales,Australia

Proposed environmental flow regime changes downstream of a major water supply dam have been assessed in terms of effects on depth, velocity and fish passage across natural, gravel‐bed riffles and rapids. This study focussed on passage requirements for Australian bass, Macquaria novemaculeata (Perciformes, Percichthyidae), a catadromous fish of considerable ecological and recreational fishing importance. Some 23 major riffles and rapids occur between the dam and the tidal limit over a river length of 25 km. Reconnaissance investigations of riffle slope, length, width, depth and morphologic characteristics indicated that wide‐shallow, steep‐turbulent and bifurcating riffle morphologies were most likely to cause problems for upstream bass passage under low flow conditions. Two approaches were used to investigate riffle depths and velocities over a range of flows. A rapid assessment approach directly measured thalweg depths and velocities under two controlled flow release rates in riffles identified as being potentially problematic to upstream bass passage. Detailed topographic surveys and two dimensional hydraulic modelling with River2D was undertaken for two riffles identified as ‘worst case’ examples of wide‐shallow and steep‐turbulent morphologies. Results from both approaches were consistent and complementary. Both approaches identified riffles where minimum depths and maximum velocities were likely to be problematic for upstream passage by Australian bass at a flow rate of 130 MLd^?1 (the current regulated flow release) but were mitigated at flow rates above 300 MLd^?1. Assessment of environmental flow regime transparency and translucency threshold options with regard to a 300 MLd^?1 target flow indicated that options where the transparency threshold was set at the 80th flow duration percentile (flows equalled or exceeded for 80% of time), and varied according to the monthly pattern of natural flows, improved hydraulic conditions for upstream bass migration. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.