奔牛水利枢纽导流河弯道水流特性分析

奔牛水利枢纽导流河弯道对水流流动影响复杂,须从水流流态、流速分布、冲淤计算分析弯道对水流流动影响。京杭运河与新孟河流量分配不同分流比工况下,导流河流态较为平顺,局部出现较大回流区但不影响整体通航条件;导流河纵向流速分布规律较为符合休克莱弯道水槽实验成果,表明该计算方法、边界条件设置合理,计算成果较为符合实际状况;导流河转弯半径设置合理,内侧最大流速分布范围小且小于下游河床不冲流速,抗冲满足规范要求。     

新密电厂循环水流道体型优化研究

针对新密电厂循环水流道初步设计中存在的引水段相对较短、边界收缩、弯折变幅过大等问题,进行了类比分析与数值模拟计算,提出了流道体型优化方案,对体型优化方案进行二维数值模拟水力计算与模型试验,结果表明,优化方案流道水流流态稳定、流速分布均匀,各流段水流衔接适顺,吸水池水流条件好,能够满足水泵正常运行要求.     

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。     

无为神塘河泵站出水箱涵水力优化研究

根据无为神塘河泵站工程出水箱涵布置型式,采用CFD数值模拟方法对原方案和优化方案进行水力参数比较。结果表明,原方案出水箱涵中间两孔箱涵与边孔箱涵平均流速不均匀系数比为1.385左右,流速分布不均匀,局部流态紊乱;优化方案出水箱涵边孔箱涵、中孔箱涵出水水流平均流速不均匀系数比为1.0左右,流速分布较为均匀,局部流态紊乱范围小;优化方案出水池、箱涵结构布置方案达到水力优化目标。虽未考虑水泵出水环量的影响,但CFD数值模拟方法仍可作为辅助手段在结构复杂的大型泵站工程设计中加以采用与推广。     

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。     

望江县合成圩幸福河南站水泵进水流道的优化设计

为了优化望江县合成圩幸福河南站工程进水流道,根据原型泵主要设计参数,开展进水流道优化设计,实现进水流道CFD优化设计方案。结果表明：对比多个方案肘形进水流道平均流速及断面面积变化情况,方案4进水流道流速分布更均匀,最高效率点效率高,水力损失较小,流道出口断面轴向速度分布均匀度达91.26%,出口断面速度加权平均角达84.38°,推荐有隔墩肘形进水流道方案。     

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。     

嫩江县嫩江公路大桥河工模型试验研究

针对嫩江县嫩江公路大桥设计方案,通过河工模型试验对桥位河段水流流速、河道水面线、分流比、通航参数以及泥沙冲淤变化进行观测及分析论证,提出推荐桥孔布置方案,该布置方案水位最大壅高0.06 m,满足防洪安全要求,上下游航线直线段水流流向与航线夹角在5°以内,横向流速在0.30 m/s以内,满足通航规范要求。     

涵闸枢纽引水工况水力优化数值模拟研究

奔牛水利枢纽下游引河(新孟河侧)与节制闸、船闸引航道附近及其口门区域交汇,区域水流流态较为紊乱,对船舶进出闸的安全存在一定影响。应用大型商业软件建立奔牛水利枢纽新孟河侧水流三维数学模型,划分全六面体网格,采用CFD数值模拟方法分析。通过船闸下游引航道区域三维水流水动力学的计算成果可知,对于船闸与主河道成一定角度布置时,导流墙长度对引航道流速分布影响很大,导流墙长度过长或过短都对船舶航行都带来一定安全隐患;通过水力优化,推荐方案的船闸引航道内水流纵横向流速分布及回流区流速大小均符合JT J305—2001《船闸总体设计规范》要求,能够确保船闸安全高效运行。     

不同水位泵房进水流道堵塞对流速分布的影响

依据某核电站泵房进水流道工程,针对不同水位条件下泵房进水流道堵塞对其流速分布的影响进行了物理模型试验,研究了泵房进水流道堵塞之后,在不同水位条件下的流速分布状况及影响规律。模型试验结果表明:泵房进水流道堵塞之后,在100 a一遇低潮位时不能满足循环水泵运行的要求,随着水位的上升,能够满足循环水泵运行的要求;随着进水流道水位的上升,流速分布不均匀度、流速加权平均角度降低幅度逐渐减小,流速分布状况得到改善。     

广和泵站进出水流道优化设计

通过对广和泵站进出水流道内的三维流动模拟，分析进出水流态，进行流速分布及水力损失数值模拟计算，根据计算结果提出建议采用的优化方案，并在实践中应用。     

竖井式进水流道尺寸对水力性能的影响

根据南水北调东线工程邳州泵站的基本参数,基于进水流道三维湍流流动数值模拟方法,研究了竖井式进水流道控制尺寸对其水力性能的影响。揭示了竖井式进水流道长度、宽度和高度等控制尺寸对进水流道出口流速分布均匀度、流速加权平均角度和水头损失的影响规律和原因,并分析了流道内的流速分布情况。研究结果表明:控制尺寸对竖井式进水流道水力性能影响较为显著;控制尺寸的增加明显提高了竖井式进水流道的水力性能,当增加至一定值后,影响趋于平缓;邳州泵站竖井式进水流道方案控制尺寸取值合理,水流收缩平顺均匀、流线层次分明,流道内无任何脱流或旋涡等不良流态,水头损失小。本项研究结果可为竖井式进水流道的水力设计、控制尺寸的合理确定提供理论依据。     

柏叶口水库泄洪发电洞水力计算

泄洪发电洞是柏叶口水利枢纽的重要建筑物之一。通过对该洞的泄流能力、压坡线、水头损失计算进行分析,结果表明,该洞泄流能力满足枢纽的运行要求,出口处的测压管水头满足规范规定。该洞水流流速较大,建议做水力模型试验以验证计算结果的合理性。     

基于FLOW-3D软件的溢洪道三维水流数值模拟

采用FLOW-3D水流计算软件模拟了溢洪道挑流消能的三维水流流场,并通过调整溢洪道平面布置、增设贴角和改变预挖冲坑范围等措施对溢洪道原设计方案进行了优化。结合水工模型试验成果,对原设计方案和优化方案的水流流态、流速分布和水面线等水力特性进行了对比分析。数值模拟计算结果与水工模型试验比较吻合,说明优化方案的有效性,也进一步表明三维数值模拟的可行性。     

立式泵肘形进水流道喉部高度对性能的影响

为保证水流进入弯道时的流态良好,肘形进水流道进口段末端断面的高度通常较小,被称为"喉部"。基于CFD数值模拟进行方案设计和建模计算,对流道喉部断面的高度定量分析,对各方案的内部流态和泵系统性能进行研究。结果表明,喉部高度大的方案进入弯道的流速慢,水力损失小,但流速变化快,分布不均匀;高度小的方案进入弯道流速快,水力损失大,但流速变化慢,流道出口流速均匀性好;文中喉部高度的最优方案为0.8倍叶轮直径,此方案的泵系统效率在340L/s达到79.08%。     

光滑壁面明渠负坡流速分布特性

在分析激光测速试验资料基础上,通过与正坡上流速分布特性比较,发现负坡垂线流速分布中Karman常数相对正坡为小,负坡上的非均匀流粘性底层范围和厚度均大于正坡上的非均匀流粘性底层范围和厚度等;并在试验基础上提出了统一的垂线流速分布公式。研究成果为进一步研究负坡水流水力特性提供了参考。     

组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。     

侧向引水及进水泵站进水流态CFD 模拟分析与优化

应用realizable k - e紊流模型与SIMPLEC算法,对某侧向引水及进水泵站进水侧水流流场进行数值模拟和流动分析,分析表明,该泵站的进水侧水流具有弯道水流特点,数值模拟结果与理论分析结论相吻合。根据该类泵站进水侧水流流场特点,提出采用导流栅作为水力优化途径,并以泵站进水断面处动量分布和进水池断面平均流速均匀度为评判依据,对不同的导流栅整流方案的水力优化效果进行数值模拟研究。成果表明,设置导流栅对泵站引水段的动量分布具有明显的调整作用,泵站进水断面的流速分布与引水段动量分配均匀度有关。适宜尺寸的导流栅可以有效减弱引水段的进水环流作用,使水流在转向后纵向流速较快地恢复正常分布,从而进一步提高泵站进水池流量分配的均匀度。     

循环水泵房侧向进水流道水力优化设计及模型试验

论述了侧向进水条件下流道水流的水力特性及常用研究方法,并以彭城电厂循环水系统为例,采用物理模型试验与数值模拟相结合的手段,优化设计泵房侧向进水流道.文章重点针对原设计方案下冷却塔集水池出口及回水明沟内的不利流态,采用多种整流措施,有效改善了回水明沟内水流流态及吸水室内流速分布的不均匀性,优化后的推荐方案能够满足循泵安全稳定运行的要求,研究成果也为其它类似的大中型循环水泵工程提供了参考.     

淹没柔性植被明渠恒定水流水力特性的试验研究

采用三维多普勒超声测速仪(ADV)对淹没柔性植被明渠恒定水流的水力特性进行了试验研究。采用羽毛来模拟天然河道的柔性植被,对不同的植被密度、不同淹没度和不同流量条件下柔性植被明渠恒定水流流速场进行了测量,得到了淹没植被情况下纵向流速和雷诺应力沿垂向的分布。结果表明,植被上层区域与植被区域水流表现出不同的水力特性,植被上层区域的雷诺应力近似为直线分布,纵向流速呈经典的对数律分布;而植被区域,纵向流速则呈“S”型分布。在分析植被上层水流雷诺应力与纵向流速的关系的基础上,利用普朗特混合长度理论推导了植被上层水流流速的理论表达式,该公式的计算结果与实测数据符合良好。