CFD SIMULATION OF 3D FLOW IN LARGE-BORE AXIAL-FLOW PUMP WITH HALF-ELBOW SUCTION SUMP

1. INTRODUCTION Axial-flow pumps are usually designed for pumping large volumes of water against low pressure head. Suction sump is one of key elements in pump stations. For pumps with larger than 2 m, closed type suction sump plans are used to provide pr…     

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.     

水平吸水管悬空高对泵站进水池进水特性影响

针对某些大型泵站进水池进水特性不良,泵站运行效率严重下降等问题,采用ICEM-CFD软件来构建泵站进水池三维模型并进行网格划分,利用计算流体力学中的Fluent软件,基于标准的k-ε湍流模型,对泵站进水池流态进行了数值模拟,并研究了水平吸水管悬空高对泵站进水池进水特性的影响。研究结果表明:水平吸水管悬空高与泵站进水池的进水特性关系密切,适当增加水平吸水管悬空高能够明显改善进水池的进水特性,然而一味地增大吸水管的悬空高的做法并不可取,因此,推荐泵站水平吸水管的悬空高取值范围为1.2~1.5 D。     

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。     

泵站进水池构筑物布置形式对水流的影响

为分析泵站进水池中构筑物布置对水流的影响,采用CFD技术模拟计算了进水池中不同构筑物布置形式的水体流动状态。计算结果表明:在进水管两侧设置水泵梁,对进水池流态及喇叭口出口水力性能基本无影响;进水侧水泵梁改为检修平台,平台下方出现横轴漩涡,喇叭口出口水力性能略有降低;进水管后侧设置检修平台,切断了进水池表面及两侧近壁区水体进入喇叭口的通道,出口水力性能降低;在池内设置检修胸墙,改变了表面水体流动方式,造成喇叭口单向进水,出口水力性能下降明显;同时设置检修胸墙及进水管后侧检修平台,池内水流紊乱,喇叭口单向进水,出口水力性能最差。因此,除水泵梁外,进水池中应避免设置其他构筑物。     

侧向进水泵站流态模拟及改善研究

为解决侧向进水泵站前池和进水池内部大范围漩涡问题,以某一具体泵站为工程基础,基于三维不可压缩流体的雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用ANSYS CFX软件对前池和进水池进行数值计算,采用定性方法分析了前池和进水池所选横断面流态,采用定量方法分析了进水池内部所选纵断面特征线上轴向速度均匀度。通过数值计算流线图发现:对于原始方案,水流以斜交形式进入进水池,侧向进水泵站2#至5#进水池右侧边壁处存在大范围回流区域;为改善原侧向泵站进水结构的不良流态,通过多方案整流措施的数值计算,相比于原方案,采用导流墙和立柱相结合的整流措施,前池及进水池内大范围回流区域消失,整流后进水池纵断面特征线上的轴向速度均匀度总平均提高18.15%,最大提高至27.82%。研究成果为改善侧向进水泵站流态提供了参考。     

轴流水泵在双合抽水站运行工况分析

在抽水灌区,抽水站是核心,水泵是枢纽设备。在抽水站运行与管理中,研究单台水泵的工况就很重要。文中通过对双合抽水站工程现状、进水流道水位、叶片安放角度、出水池水位校核等分析,研究了单台水泵运行中性能参数、技术参数的变化,旨在为抽水站多台水泵并联运行提供技术参考。     

侧向进水泵站前池整流技术研究综述

针对侧向进水泵站前池水流流态的改善问题,概括了当前侧向进水泵站前池整流技术在流动特征、研究方法和整流措施等方面的研究进展,指出还需要在旋涡生成机理、比尺效应、配水孔整流方式和实际工程优化设计方法等方面进行进一步的研究。     

天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟

为研究天然河道中丁坝长度对河床的冲刷影响,基于天然河道形状和实际丁坝群布置,提出适用于天然河道形状的丁坝群局部冲刷计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法,建立了滦河马良子段丁坝群三维模型。采用RNG k-ε模型模拟计算,用VOF方法进行自由表面的追踪,并对丁坝局部冲刷坑形态及冲刷深度进行了数值模拟。对比实测数据,数值模拟结果与实测结果非常吻合。针对丁坝群中局部冲刷最严重的丁坝,对其长度进行调整,调整后冲坑深度明显改善。     

基于响应曲面模型的泵站进水池参数优化方法研究

泵站进水池的结构参数,特别是吸水喇叭管参数取值对泵站整体流态影响很大。本文基于响应曲面模型和CFD数值模拟,以垂直布置的吸水喇叭管悬空高、后壁距和淹没深度为设计变量,以进水池压力场、速度场和涡量场评价指标的加权函数为目标函数,进行2因素和3因素的优化设计分析。研究结果表明,变量之间对进水池流态的交互作用较大,淹没深度对最优悬空高、后壁距的影响不可忽略,且淹没深度与悬空高的交互作用(P=0.0019)较其与后壁距的交互作用(P=0.0696)大。针对本文垂直布置型式的吸水喇叭管,推荐最优参数组合是悬空高0.77 D,后壁距0.37 D,淹没深度2.19 D。在该组合下实际值与预测值误差不大于4.82%,与泵站设计规范推荐值相比,其计算域水力损失降低0.98%,流速分布均匀度提高5.92%,机组纵剖面涡量分布特征值降低3.1倍,大大改善了进水池的流态。这表明所建立的二次多项式响应面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可有效用于泵站进水流场的流态优化。     

福建北津水电厂水轮机调速系统存在的问题与故障分析

灯泡贯流式机组具有重量轻、转动惯量小,其调节过程与常规机组相比有一定的特殊性。根据灯泡贯流式机组的特殊性,主要就福建北津水电站调速系统压力输油量不足以恢复压力值、大油泵频繁启动、小油泵长时间处于运行状态压力槽和集油槽有明显振动、小油泵过热等现象进行分析。通过现场调试验证了改变压力额定值,使小油泵有启动间隔,使其在大波动调节后,避免长时间运行。同时,对灯泡贯流式水电站调速系统油泵选型、配置的合理性问题进行了分析。     

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。     

复杂条件下碾压混凝土施工方案设计

重庆彭水水电站大坝高程191.6至高程199.5结构复杂,包括交通廊道、上游基础灌浆廊道、下游排水廊道、集水井和水泵房、下游弧形坡面等。着重叙述大坝在该高程施工时的各种施工手段和入仓方法。     

泵站出水池-无压隧洞过渡段体型优化研究

泵站出水池到无压隧洞过渡段体型对隧洞的过流能力、沿程水面线及局部水头损失影响显著。针对某泵站工程过渡段的水流特性问题,采用比尺为1∶25物理模型对该过渡段进行了优化研究,延长了过渡段长度,增加了边墙扭曲段。研究发现:模型改进后,过流能力增加,水流平稳;局部水头系数从原设计的0.057~0.111减小至0.051~0.111;中心线水面线的纵向变化幅度减小。通过各项指标表明,优化后的过渡段比原设计方案显现出更为优良的特性,提出的优化设计方法可为其他类似工程提供借鉴经验。     

灯泡贯流泵装置的优化水力设计

采用CFD理论应用Fluent软件对某低扬程泵站灯泡贯流泵装置进行了三维湍流数值模拟及其优化水力设计,并采用透明流道模型试验验证了该优化设计.研究结果表明:灯泡贯流泵进、出水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具有较为明显的影响;借助于三维湍流数值模拟方法可逐步优化其水力性能,且在设计流量下工作时的流道水力损失可控制在较小的范围内.前置灯泡贯流泵装置具有更好的水流条件,其水力 性能优于后置灯泡贯流泵装置.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,表明采用数值模拟方法得到的灯泡贯流泵装置优化水力设计的结果是可信的.     

珊溪水库混凝土面板堆石坝施工期坝体排水

珊溪水库混凝土面板堆石坝由于施工期坝体反向水头较大，而垫层抗反向渗流能力强，如不采取适当的排水措施，有可能发生反向渗透水流破坏垫层及其固坡砂浆甚至混凝土面板的重大事故。为此，中国水利水电第十二工程局采取在两岸高边坡的合适位置设截水沟并结合道路排水沟将部分地表水引入基坑，在坝体内设反向排水钢管自由排水至趾板上游集水坑，用泵常年抽集水坑水等措施，解决了施工坝体反渗问题。经监测，大坝整体运行情况良好。     

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。     

单台轴流泵模型0°安放角的数值计算分析

作者针对一轴流泵模型,基于ANSYS CFX软件,选用标准k-ε和可伸缩壁面函数,在0°叶片安放角下,采用全六面体网格,通过网格无关性分析,选择合适的网格数,分别在定常和非定常条件下进行了多工况点的数值模拟和外特性计算.在此基础上,将数值计算结果与物理模型实验结果进行对比,分析两者的差异,为逐步认识轴流泵CFD数值计算的精度,更好地指导工程应用提供基础.     

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。     

低比转速高效贯流泵模型优化设计与试验研究

为深入研究后置灯泡贯流泵装置的性能,采用CFD数值模拟技术,对贯流泵叶轮和导叶体进行了优化设计,对叶片翼型、个数、厚度,导叶片的数量,距转轮出口距离对水泵性能的影响等进行了分析,且在分析过程中突破了传统贯流泵的运行范围,从而得到了低比转速高效贯流泵的水力模型。该模型的设计流量为0. 344 m~3/s,扬程为8. 22 m,比转速为630,装置效率最高为83. 45%。对得到的水力模型进行了模型试验验证,验证结果表明,数值模拟和模型试验性能曲线的变化规律一致,两者结果较为吻合。研究成果可为今后低比转速高扬程贯流式泵站工程的规划设计提供选型参考。