双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明：在叶轮的叶片安放角0°、双侧可调导叶的叶片调节角0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为59.29%,引水工况时泵装置最高效率为58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于92%,速度加权平均角均大于89°,直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参考价值。     

北坍泵站流道优化及泵装置模型试验分析

流道对于泵装置的高效稳定运行具有至关重要的影响。为减小流道的水力损失并保证北坍泵站机组运行的安全稳定性,采用数值模拟技术对北坍泵站的肘形进水流道和低驼峰出水流道进行几何尺寸优化。通过对不同尺寸方案的流道水力性能进行分析比较,确定流道的优化方案并对最终优化方案组合的泵装置进行物理模型试验。结果表明：优化后肘形进水流道出口面的轴向流速均匀度提高0.10%,低驼峰出水流道水力损失降低23.91%。在不同叶片安放角（-4°、-2°、0°、+2°和+4°）,模型泵装置的最高效率均超过72.00%;叶片安放角为+2°时,泵装置的最高效率为74.97%。在灌溉设计净扬程和排涝设计净扬程条件下,泵装置均保持高效率运行。优化后的泵装置水力效率和运行稳定性较高,可为同类型泵站的流道优化提供借鉴。     

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。     

大型泵站双向进水流道三维湍流数值分析

运用CFD商用软件对大型泵站双向进出水流道立式轴流泵装置进行了三维湍流流动和水力性能模拟,分析泵装置内部的流场和水力性能。结果表明：双向泵站进水流道逆水侧存在回流区,靠近喇叭管的近壁处有涡带产生,极易被叶轮室吸入,加剧水泵机组震动;出水流道进水流速不均匀,流态紊乱,且有旋涡产生,水力损失显著增大,进而降低了整个泵装置性能。     

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。     

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。     

基于正交试验的泵站簸箕型进水流道型线优化

基于正交试验分析方法,采用L_9(3~4)正交试验表,对簸箕形进水流道的4个重要几何参数进行了设计;基于商业CFD模拟软件,对9种设计方案进行了数值模拟,并采用实体模型试验成果对计算结果进行了论证,同时分析了数值模拟计算成果中各个因素对流道水力性能的影响程度。研究结果表明:喇叭管入流面积对于泵装置效率和扬程的影响最大;过小的喇叭管入流面积会在入流位置造成复杂的能量交换,影响流速分布的均匀性;过大的喇叭管入流面积又会造成轴向流速的亏损。研究成果可为类似泵站工程的设计优化提供借鉴与参考。     

轴流泵装置分部结构对装置性能的影响分析

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用CFX软件对轴流泵装置进行三维流动数值仿真计算,分析各分部结构对水泵性能及泵装置性能的影响,以找寻泵装置优化设计中的关键部件。计算结果表明,肘形进水流道能保证良好的进水条件,使叶轮进口流速均匀度达到90%以上,叶轮效率达到92%左右的较高数值。肘形进水流道的水力损失取决于弯肘段的水力损失;出水流道产生的水力损失在整个泵装置中占比最大,出水流道弯段和出口的水力损失为主要部分;因此进水流道弯段和出水流道是泵装置优化设计的关键部件。出水流道中涡量沿程减小,在流道弯段涡量下降最大,且流量越小下降的越大。     

大寨河闸站立式双向流道轴流泵装置CFD分析

针对大闸河闸站双向流道泵装置进行CFD数值模拟计算。在设计流量工况下,对包括进水流道及延长段、叶轮、导叶,出水流道及延长段在内的泵装置全流道进行计算分析。计算结果表明,大寨河闸站双向流道泵装置整体性能较优,进水流道水力性能较好,入泵水流流态较好,出水流道内流态受到速度环量影响较大,需多加关注。     

长沟泵站泵装置流道优化与选型研究

经对南水北调长沟泵站肘型和钟型进水流道分别与平直管式、低驼峰式、虹吸式出水流道组合成10个装置流道方案,进行水力优化设计和CFD计算分析,优选出较佳的2种进水-出水流道与优选的2个转轮模型,再组合成4组泵装置,进行装置模型同台对比试验。试验所得最优泵装置即TJ04-ZL-06模型转轮配肘型进水流道-低驼峰出水流道,在设计工况（对应泵站平均扬程3.66、流量33.5m3/s）时装置效率达78.2%,综合性能达到了较理想的目标,大大提高了装置效率和叶轮中心安装高程,不仅减少了工程投资还节约了年运行费。     

睢宁二站导叶式混流泵装置流道优化水力设计

运用数值计算的方法,对南水北调东线睢宁二站导叶式混流泵进、出水流道进行了优化水力设计研究;运用流道模型试验的方法对数值计算结果进行了验证,并对泵装置性能进行了预测。研究结果表明:经过优化的进、出水流道水力性能优异,水力损失小,流道效率达到了95.5%,预计泵装置效率可达到82%。流道模型试验的结果与数值计算的结果基本一致。     

泵站钟形进水流道吸水室后壁形状的研究

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNGk-ε紊流模型,对矩形、半圆形和"ω"吸水室后壁形状的钟形进水流道泵装置进行了三维紊流数值模拟,并分析了钟形进水流道后壁形状对泵装置水力特性的影响。相同流量下,"ω"形吸水室进水流道流线分布最规则,漩涡比其他形状的进水流道小,"ω"形吸水室进水流道水力损失比矩形吸水室进水流道小1cm;出口断面的流速均匀度达到93%,比矩形和半圆形吸水室进水流道高约2个百分点;出口断面速度加权平均角度达到83.5°,比矩形吸水室进水流道高0.6°,比半圆形吸水室进水流道高0.2°;泵装置运行高效区流量范围比半圆形的拓宽了7.3%,比矩形的拓宽了30%。该研究对于完善泵站钟型进水流道吸水室优化设计具有一定意义。     

开敞式双向泵装置出水锥管的优化设计

为满足排涝和抽引双重功能,节省土建投资,并且考虑到两种工况下设计扬程和校核扬程相差较大,新建的澡港泵站采用了开敞式双向流道泵装置结构型式,在大多数引水工况下,出水流道的顶板不被淹没,流道内具有自由表面。在分析澡港泵站开敞式双向进出水流道设计特点的基础上,运用计算流体动力学方法,对进水流道、叶轮、导叶、出水流道及门槽等进行了全流道内部流动数值仿真,对出水锥管进行了水力设计优化和装置性能预测。通过多方案比较出水流道的水力损失和装置效率,优化出水锥管设计参数。在设计工况下,优化设计方案对应的装置效率达到了66.05%,优化设计效果明显,有效地提高了澡港泵站的工程效益。     

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%。     

箱涵式泵装置的数值模拟研究

采用基于CFD数值模拟计算研究箱涵式泵装置的水力性能,对泵装置不同流量工况点进行数值计算并分析。结果表明:在设计工况下,泵装置运行效率较高,最高效率可达到70.04%,对应的扬程为1.736m,最高运行扬程与最优运行扬程比值达到2.3,说明了该箱涵式泵装置非常适用于扬程变化较大的泵站,同时进水流道的水力损失随着流量的增加而增大,出水流道的水力损失随着流量的增加先减小再增大,在设计工况附近出水流道水力损失最小。     

泵站“S”型进、出水流道优化设计研究

为提高王道泵站泵装置的效率和运行稳定性,本文通过CFD软件对不同流道设计方案的流态进行模拟计算,根据模拟计算结果评价、比选流道方案。模拟计算结果较好地揭示了不同方案泵装置的外特性及内流性能,通过对比可以发现：经优化后的泵装置进、出水流道无漩涡、脱流等不良流态;水泵叶轮进口断面流速均匀度经优化后达96.45%,流速加权平均角达86.87°;泵装置水头损失较小且仅为0.419 m,装置水力效率高达78.1%。经优化后的泵装置效率高、运行稳定性好,各项水力性能指标均达到同类型国内泵站的先进水平,优化过程可以为同类型泵站的设计选型提供参考和指导。     

泵装置数值模拟初探

采用数值模拟的方法,利用Fluent流体力学分析软件研究了某大型低扬程立式泵站不同叶轮直径泵装置方案的基本流态,并利用软件后处理程序中报告功能,计算出进、出水流道的水力损失。结果表明:适当增加叶轮直径,可以明显减少进、出水流道损失,从而提升泵站的装置效率。     

石港泵站泵装置优化设计与模型试验研究

拆建的石港泵站是淮河入江水道整治工程的主要建筑物之一,其主要任务是抽排宝应湖地区的涝水。根据泵站设计规范及给定的水位资料和土建控制尺寸范围,运用计算流体动力学方法,开展了进、出水流道优化设计,分析了石港泵站进出水流道的内部流态,预测了水泵装置性能,并进行了模型泵装置试验研究。优化设计结果与模型泵装置试验结果相比,在设计扬程和最大扬程下的装置效率预测相对误差很小,验证了数值优化方法的有效性和可靠性,可为类似泵站进出水流道设计和机组选型提供参考依据。     

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。     

立式泵装置进水流道演化数值分析研究

针对各种典型的进水流道，应用紊流模型对流道内部流态及水泵进口处的流动进行三维数值计算，计算结果表明各种流道内部水流流态相似。数值分析显示各种有压的喇叭管进水的流道都是在开敞式进水池形式基础上演变而成的，只要控制流道的基本尺寸，就可将各种喇叭管进水的流道统一起来。研究成果为泵站进水流道优化设计提供新的思路。