泵站箱涵式出水流道三维湍流数值模拟

采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RAN S)和标准k-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,数值模拟了箱涵式出水流道5种不同喇叭管悬空高度流道内流场,预测了旋涡发生位置和形态,分析了流道纵、横向剖面、喇叭口及出水柱状面上速度分布规律.数值计算得到各方案的流道摩阻系数,并与试验结果进行比较,提出了箱涵式出水流道优化设计方法.     

大型泵站虹吸式出水流道三维紊流数值计算

利用RNGκε湍流模型,闭合定常不可压雷诺时均NS方程,采用有限体积法和非结构化网格,数值模拟了设计工况下某大型泵站虹吸式出水流道的内部三维流动,并分析了流道内部流态,对驼峰断面和出口断面的速度分布特性进行了定量计算.结果表明:流道的水力损失和阻力系数分别为0.204m和3.188×10-3,驼峰断面和出口断面的速度分布均匀度分别为73.9%和65.4%,实现了流道水力特性的预测,为虹吸式出水流道水力设计优化和模型试验研究提供了参考依据.     

大型泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

结合太湖治理工程中魏村枢纽的大型排灌泵站双向进水流道设计,采用雷诺平均纳维一斯托克斯方程(RANS)和标准κ～ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,模拟了双向进水流道在加设导水锥和未设导水锥时的三维流场,预测了旋涡的发生位置和形态．结果表明：未加导水锥时,喇叭口下有奇点,会产生附底旋涡,加设导水锥可以消除;加设导水锥后泵进口流速分布比未加导水锥时均匀;两方案的流道盲端死水区均存在对称旋涡．该研究有助于双向进水流道的水力优化设计。     

泵站枢纽三维湍流数值模拟研究

采用雷诺平均纳维斯托克斯方程(RANS)和标准κ-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,对无锡市仙蠡桥泵站枢纽6种运行组合工况进行了三维数值模拟,预测了回流区及旋涡发生的位置和形态,计算得出了泵站枢纽流速分布规律以及泵站出水河道与京杭大运河交汇处的最大横向流速,计算结果与水工模型试验结果吻合.该研究不仅为仙蠡桥泵站枢纽优化设计、合理布局提供了理论指导,而且研究方法可应用于其他泵站枢纽水流流态数值模拟.     

基于RNG模型的虹吸式出水流道三维紊流数值模拟

虹吸式出水流道是大型泵站广泛采用的一种出水流道型式,其几何形状复杂,流道内的流动分布大多不均匀,并有局部的涡旋、回流、脱流现象．为了深入了解其流动特性,采用RNGκ-ε紊流模型,对流道内流动进行三维紊流数值模拟．并通过模型试验验证了数值模拟结果的正确性．     

泵站簸箕型进水流道水力特性试验及数值模拟

对一经优化设计的泵站簸箕型进水流道制作了水力模型,测试其水力损失;采用雷诺平均纳维斯托克斯方程(RAN S)和标准k-ε湍流模型,运用S IM PLEC算法,对流道内部流场进行了三维湍流数值模拟,揭示了流道内水流的流态和特征断面的速度分布规律.试验和数值分析结果表明,所设计的簸箕型进水流道内无漩涡,流态良好,水力损失小,水泵进口速度分布均匀,加权平均入流角接近90.°     

大型泵站箱涵式双向进水流道试验研究

通过模型研究了箱涵式双向进水流道内的涡带发生规律及有效的消涡防涡措施,并对影响工程投资及装置性能的主要尺寸如悬空高,流道宽度及吸水嗽叭管进行了试验研究,结果表明,流道尺寸在常规取值范围内对装置效率的影响较小,而这类流道的主要问题是其内部的涡带。     

基于CFD流动分析的泵站肘形进水流道水力特性研究

肘形进水流道是在大型泵站中最常用的流道形式,它与喇叭管进水流道相比具有水力损失小和宽度较小的优点．本文基于质量加权平均的流速均匀度优化目标函数和重整化群湍流模型,应用SIMPLEC算法,计算了泵站肘形进水流道内定常流动．基于FLUENT软件的CFD（computatical fluid dynamics）流动计算,获得了肘形进水流道内部三维流动规律：其内部水流为逐步收缩的运动,分为水平收缩段、肘形弯管段和垂直调整段3个阶段．通过分析肘形流道各个断面的轴向流速分布,提出了新的叶轮名义高度的取值范围,并给出了流道主要控制参数的取值范围．计算流场与实验结果进行了比较,两者较为吻合,这表明采用计算模型和方法是可靠的．提出了新的优化设计思路,即先按照控制主要参数尺寸进行流道轮廓线进行设计,然后设计进水流道的各过渡断面,按照各断面平均流速光滑变化进行控制,最后通过CFD技术进行流场细节分析和水力优化．这将大大减少水力优化设计的工作量和难度．     

浅析虹吸式出水流道管理对泵站装置效率的影响

虹吸式出水流道虹吸能否形成对泵站装置效率影响很大，特别是对于低扬程、大流量泵站影响更大。文章根据多年的现场测试经验，分析了影响虹吸式出水流道管理的几个因素，提出了改善的具体办法。     

开敞性水域水流三维数值模拟

针对开敞性宽浅型水域的水流结构特性，以静压假定建立垂向水深无量纲水流运动三维计算模式，并引入ｋ－ε紊流模型求解垂向紊动粘性系数，连云港实例计算表明，模式计算结果合理，精度高。     

双向配水船坞泵房进水廊道三维流动数值模拟

采用雷诺平均纳维一斯托克斯方程（RNAS）和标准k-ε湍流模型，运用SIMPLEC算法，对不同工况下某船坞泵站双向配水单侧进水廊道进行三维数值模拟计算，预测了回流区及旋涡发生位置与形态，分析了进水廊道型式、廊道几何参数对廊道内水流流态的影响，提出了相应的整流措施，改善了廊道内水流流态，为船坞廊道设计提供了指导，该方法研究周期短，研究成本低，有工程实用价值。     

旋风分离器内气相湍流流动的数值模拟

采用标准k-ε模型、雷诺应力模型(RSM)以及k-w模型对旋风分离器内部湍流流场进行了数值模拟.对比了采用两种不同的离散格式时的计算表现,分析了不同近壁模型对于模拟结果的影响.通过数值解与实验值进行的对比发现采用雷诺应力模型较k-w模型,k-ε模型能更准确地模拟分离器内强旋流场.     

大型贯流泵站机组启动过渡过程仿真计算

基于刚性水锤理论,分析贯流泵站的泵装置水力特性、泵机组动力学特性.运用最小二乘曲面拟合方法仿真模拟r水泵特性曲线,并将水泵瞬态扬程分解为稳态扬程和惯性水头扬程,相应的水阻力力矩、推力轴承摩擦力矩也分解为稳态力矩和惯性水头引起的附加力矩,建立贯流泵站启动过渡过程计算的有限差分非线性方程组.采用牛顿-莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解.利用该数学模型对实际工程中的某大型贯流泵机组启动过渡过程进行了仿真计算.     

喷射泵湍流场及外特性数值模拟

对于喷射泵湍流场,采用k-ε湍流模型,在不同喷嘴入口流速条件下进行了数值模拟,给出了流场的速度分布、压力分布以及湍动能分布曲线。对流场特性分析表明,湍动能在喷嘴出口处和扩散管初段出现峰值,喷嘴出口处无量纲湍动能峰值位于不同的的径向位置,而扩散管初段的无量纲湍动能峰值则处于同一径向位置上。分析外特性结果表明,湍流场数值模拟结果与理论值吻合较好。最后分析了影响喷射泵的效率的因素,提出了在低流量比范围内的主要因素为流体混合损失,而在高流量比范围内的主要因素为喉管和扩散管摩擦损失。研究结果对进一步数值模拟以及工程应用有指导意义。     

汽轮机排汽通道耦合流动数值模拟

采用数值模拟方法对汽轮机末级-排汽缸-凝汽器喉部的三维耦合流动规律进行了研究.讨论了末级-排汽缸、排汽缸-凝汽器喉部、末级-排汽缸-凝汽器喉部耦合模型,及单独排汽缸模型时的气动性能和流场分布的差异.计算结果表明:扩压管内分离涡的存在会减弱其扩压能力;耦合末级时扩压管入口速度沿叶高方向逐渐变化,更符合扩压管的设计,使扩压管内分离涡变小;耦合凝汽器喉部时除引入喉部的能量损失外,还会增加上游各部分的能量损失,并增加出口流场不均匀度;蜗壳内由于大尺度通道涡的存在,造成的能量损失约占总损失的60%;排汽通道扩压能力则主要集中在扩压管,约占整体扩压能力的90%.所得结果可为排汽通道的优化设计提供参考.     

Numerical simulation of unsteady turbulent flow through a Francis turbine

This paper introduces the 3D numerical simulation of unsteady turbulent flow in the entire flow passage of a Francis turbine with computational fluid dynamics (CFD) technology. The boundary conditions have been implemented based on the 3D averaged Navier-Stokes equations. The governing equations are discreted on space by the finite volume method and on time step by the finite difference method. The 3D unsteady turbulent flow in an entire Francis turbine model is calculated successfully using the CFX-TASCflow software and RNG k-ε turbulence model. Transient flow fields are simulated in the spiral case, the distributor, the runner, and the draft tube for the optimum operating condition. Meanwhile, the velocity and pressure at any points in the flow fields can be obtained so as to provide the great value on the performance prediction. By means of the numerical simulation in a flow field, it is verified that every component in a Francis turbine model is designed reasonably. The basis for the further researches on hydraulic turbines is also built.