探讨双向泵站进水流道优化水力设计

当前,泵站的布置已经从以往的"一站四闸"模式变成了现在常用的出水流道型式和双向进型式,不仅使作业效率得到了提升,同时也节约了投资成本。在设计双向泵站的进水流道时,为了保证排、灌两种工况都有比较好的装置效率,就需要做好双向泵站的优化设计,提高水泵的设计性能。基于此,该文根据双向泵站进水流道的设计要求,对泵站进水流道水力的优化流程进行了分析探讨,并对优化结果进行了实验模拟,实验结果证明,文中所提出的优化措施使装置效率得到了显著改善,为类似泵站进水流道的水力优化提供了参考。     

浅谈水泵站进出水流道改造与技术设计

为深入认识与该泵站出水流道水力设计有关的水力学问题,本文采用三维紊流数值模拟的方法,对该泵站出水流道内的流态进行分析研究,并在此基础上应用簸箕形进水流道方案较好流道的三维优化水力设计方法。     

进水流道对立式混流泵装置能量特性的影响

采用计算流体力学方法,对三个不同的进水流道设计方案所组成的立式混流泵装置进行了内流数值模拟．在分析进水流道基本流态的基础上,对进水流道出口水流条件以及水泵装置能量特性进行了定量计算．数值计算结果表明,水泵的设计进水条件与水泵装置中的水泵进水条件存在明显差异,进水流道水力设计对立式混流泵装置的能量特性有显著的影响,工程设计中应重视进水流道的选型以及进水流道与水泵性能最佳匹配的研究．进水流道水力设计优化可有效地改善进水流道出口流态,确保水泵有良好的进水条件,大幅度提高水泵装置效率。     

泵站前池和开敞式进水流道的数值优化

基于RNG k-ε紊流模型,雷诺时均N-S方程,运用流体计算CFD软件对某泵站前池和开敞式进水流道进行三维流动数值模拟以及水力性能的优化设计。采用先局部后整体的优化方法,先对进水流道的底部坡度进行优化,再通过不断改变前池进水流道的总宽度,对泵站进水结构进行整体的优化设计。以进水结构出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,针对设计流量工况点做数值模拟。结果得出,优化后进水结构的水力损失由0.003 5 m降低到0.001 5 m,进水结构出口流速均匀度由38.62%提高到74.94%。优化后进水结构无漩涡产生,流态均匀,进水结构经优化后水力损失较小,说明数值模拟参与到前池和进水流道的优化缩短了试验周期,节约了成本,可以准确、可靠地指导工程应用,为同类泵站的设计和安全运行提供参考。     

虹吸式出水流道内流数值计算与水力设计优化

采用有限容积法、非结构化网格和SIMPERC算法,数值模拟了虹吸式出水流道内部三维流动,数值计算的有效性和可靠性得到了物理模型试验结果的验证.通过计算流道关键断面的速度分布均匀度和流道的水力损失,定量评价虹吸式出水流道水力设计的优劣,实现了虹吸式出水流道水力性能预测,依此开展水力设计优化,可节省大量的试验经费和时间.     

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．     

平进口喷水推进器进水流道多目标优化设计

为了提高喷水推进器进水流道的水力性能并考虑空化性能,以水力效率、出流不均匀度和垂直度为优化目标,以进水流道内压力最小值为约束条件,对平进口式进水流道开展了多目标优化设计.采用参数化设计方法对进水流道进行三维建模,通过优化拉丁超立方试验设计方法生成75组样本,通过Kriging模型建立了设计变量与优化目标之间的近似模型,采用NSGA-II(改进的非支配排序遗传)算法在设计空间内进行全局寻优.敏感度分析结果表明:流道进口长度、水平直管段长度、下侧倾斜直管段的长度对优化目标的影响最大.与初始设计相比,在进速比为0.7时,优化后进水流道的不均匀度为0.188、垂直度为87.84°、水力效率为94.58%;优化后的进水流道对不同进速比都具有较好的适应性.     

钟形进水流道吸水室后壁的优化设计

基于标准的k-ε双方程紊流模型,采用SIMPLEC算法,在贴体坐标系下,通过求解三维雷诺平均的Navier-Stokes方程,对不同后壁型线的钟形进水流道内部流动进行了大量数值模拟,并在流场数值模拟的基础上对钟形进水流道吸水室后壁进行优化水力设计,给出了圆弧形设计的一般准则:当钟形进水流道吸水室后壁圆弧型线的切线与进口水流方向的角度大约为90°时,流道速度场与出口断面流速均匀度最好,此时XT-XC≈0.5B(XT为后壁距,XC为确定后壁型线的参数,B为流道宽度). B给定时,若XT在许可范围内改变,则只要参数XC满足XT-XC≈0.5B,即可获得较好的后壁型线.     

某泵站全流道CFD仿真及流道改造研究

为了使进出水流态稳定,减少出水流道水力损失,使用三维模拟软件Fluent,采用RNG k-ε模型对某城市排涝泵站全流道进行数值模拟仿真;针对泵站前池水流流态不稳,影响进水流道水流状态,出水流道流态不稳且水力损失较大等问题,对前池尺寸以及出水流道形式进行优化,并对优化方案进行仿真。优化前、后方案的仿真结果表明,前池的水流流态得到改善,出水流道水流流态得到改善,水力损失减小。     

卫生洁具形成虹吸现象的VOF模型判定方法

利用标准k-ε湍流模型,闭合非定常气、液多相流的N-S方程,采用有限体积法和非结构化网格,数值模拟了虹吸式卫生洁具冲水流道的三维流动,由残余污水的测试实验验证了该数学模型的正确性。对排污管的驼峰顶断面的气、液两相的体积分数积分数进行了定量计算,获得了其虹吸现象形成的数值判据。对卫生洁具流道形成虹吸现象的水力特性实现了预测,为虹吸式卫生洁具的出水流道水力设计优化提供了理论依据。     

全液压钻机液压回转系统的管路优化设计

在全液压勘探钻机中液压管路是必不可少的元件。为此,如何恰当的选择油管的内径以及采用多大的流速才能使系统处于最佳的工作状态,是系统设计过程中不可忽略的问题。优化设计方法为我们解决这一问题提供了很好的途径。本文主要对液压系统的吸油管路进行优化设计,采用多目标函数优化方法中的目标规划法,最终经过优化得出管径和流速的最佳值。     

关于非饱和渗透理论中的几项基本问题的剖析

从基质吸力和水分特征曲线、非饱和渗透系数、非均匀流渗透机理、非饱和带中水气二相渗流四个方面评述了国内外有关非饱和渗透理论的研究成果,探讨了目前存在的问题和研究方向,并介绍了一种自研制的间接测量非饱和砂土基质吸力的方法.     

若干最优化控制方法

最优控制是现代控制理论的中心课题,许多最优控制方法都可用于控制系统的设计.文中首先分析这些控制方法的一致性和差异,然后利用一个系统的弹性系数或向量,将控制目标函数与限制条件组合成一个统一的盒子函数.这个新的盒子函数用于最优控制系统的设计,可以导致最优控制机理更加清晰,也使控制系统设计更加方便.     

液环真空泵吸排气段壳体型线耦合优化分析

采用直接自由曲面变形方法对液环真空泵吸排气段整个壳体型线进行参数化控制,运用响应面法建立壳体型线与进口真空度和效率的多参数回归模型,基于NSGA-Ⅱ算法进行液环真空泵性能的多目标优化,并对比分析优化模型与初始模型的内流场和外特性.结果表明:NSGA-Ⅱ多目标优化得到真空度最优模型的真空度提升了4.5%,效率最优模型的效率提高了1.3%;壳体型线的各个区域对液环真空泵的进口真空度和效率都有显著影响,但吸气段壳体型线对液环真空泵性能的影响明显大于排气段;在传统设计的基础上,适当增大吸气段壳体的径向尺寸有利于提升泵进口真空度,具有较小吸气区流道面积扩散比和排气区流道面积收缩率的壳体型线水力效率更高;压缩区径向尺寸较小的壳体型线有利于提升排气口压力,减少排气口回流,从而提升泵的效率.     

溢流阀动态刚度最优控制

溢流阀的动态性能是由液压系统的工况、溢流阀的结构参数决定的,为改善溢流阀的动态性能,建立了溢流阀抗交变信号的最优控制目标函数.通过控制理论,将函数优化问题转化变量优化问题,选择溢流阀的结构参数作为设计变量,以系统刚度最大为目标函数,通过优化,最后可以获得改善溢流阀动态性能的一组结构参数.     

低比转速离心泵叶轮的水力设计数值方法

低比转速离心泵叶轮因扬程高、流量小、流道长而使内流状态复杂,其水力设计普遍采用基于相似理论的方法,叶轮水力性能高度依赖叶轮模型和设计者的经验.综合考虑相似理论设计经验成熟和叶轮空间流动理论设计的优势,采用二元流动理论,应用准正交线法绘制轴面流网,结合欧拉能量方程,进行轴面速度的迭代计算,根据轴面速度的分布要求,不断优化...     

液压集成块孔道网络优化设计

针对液压集成块孔道网络优化设计问题，给出该问题的数学优化模型，研究实时干涉校核下的两端和多端线网的三维连通算法，在此基础上提出对布线顺序的处理策略，实现了自动寻优的液压集成块孔道网络连通设计，并在应用实例中得到验证．     

影响本质安全型电磁铁静态吸力特性的关键参数分析

本质安全型电磁铁是液压支架电液控制系统的关键元件。利用有限元分析软件AN-SYS完成了对衔铁凸台高度、导套长度、导套厚度及基座长度的参数化分析,得出了这些因素对先导阀电磁铁初始吸力的影响情况;从理论上分析了影响原因,并做出了最优化选择。根据参数化分析结论调整了电磁铁参数,并利用ANSYS静态仿真验证了优化后电磁铁的优越性。为电磁铁的优化设计提供了科学依据。     

往复泵不同吸入系统配置的实验研究

往复泵吸入性能好坏与吸入来统配置有关。为了研究吸入系统配置对往复泵吸入性能的影响,实测了不同吸入系统配置时往复泵的工作特性。分析了吸入性能与吸入系统配置之间的关系。确定了最佳吸入系统配置方案。通过对实测结果分折,得出泵阀滞后现象不仅与吸入性能有关,还与泵的轴向间隙和排出压力有关,且总是存在的结论。