虹吸式出水流道水力特性分析与试验验证

为了研究虹吸式出水流道水力特性,基于某立式轴流泵装置,采用数值模拟与模型试验相结合的方法,首先根据泵装置布置形式和初步设计尺寸,开发了虹吸式出水流道参数化设计软件,极大地缩短了设计周期.然后对4种虹吸式出水流道方案进行了全流道数值计算,并根据计算结果对虹吸式出水流道进行定量分析.最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了对比.数值模拟结果表明,受叶轮旋转影响,虹吸出水流道上升段存在偏流现象;改变驼峰段断面尺寸对上、下游流态影响显著;下降段极易产生脱流和漩涡,改善下降段的不良流态可以显著降低出水流道的水力损失.对3种虹吸出水流道评价指标进行比较,指出了用轴向流速分布均匀度来评判虹吸出水流道的不足.模型试验结果表明,数值模拟与模型试验的外特性结果吻合较好,验证了数值模拟的可靠性;设计的带有虹吸式出水流道的立式泵装置最高效率为78.85%.研究结果可以为同类泵装置设计提供参考.     

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。     

转速对贯流泵装置流道水力参数影响的数值分析

为了研究贯流泵装置进出水流道水力性能受转速的影响规律,以贯流泵装置为研究对象进行全流道的数值计算,通过将能量性能数值预测结果与物理模型试验结果对比,验证了数值模拟结果的有效性。在考虑水泵与进出水流道内流相互影响条件下定量分析转速对进出水流道水力性能参数的影响规律。结果表明:(a)不同转速时进水流道水力损失比与流量系数的关系曲线变化趋势基本相同。相同转速时,随着流量系数的增大,进水流道水力效率逐渐减小,流道出口环量先减小、后增大;相同流量系数时,进水流道出口面的平均环量随转速的增加而增加。(b)不同转速时,随着流量系数的增大,出水流道进口入流涡角相对值先减小、后增大。在相同流量系数时,随着转速的增加,出水流道的静圧比逐渐增加,出水流道进口面的偏流角分布基本相同。     

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。     

Y型双入-双出水流道无阀压电泵研究

 针对Y 型单入-单出水流道无阀压电泵的输送流量较小, 设计了一种Y 型双入-双出水流道无阀压电泵结构。根据压电振子的结构尺寸、坐标及力学模型, 对压电振子中心振幅与理论容积变化量进行分析。对Y 型双入-双出水流道无阀压电泵流量进行理论计算。对两种压电泵进行流阻和流量的对比实验。结果表明:Y 型双入-双出水流道无阀压电泵效率及流量均大于Y 型单入-单出水流道无阀压电泵, 实验结果与理论分析基本一致。     

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.     

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．     

基于CFD的转轮叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响分析

为了更加高效地利用超低水头水力资源,设计了一种采用虹吸式出水流道的轴流式水轮机。针对这一形式的水轮机,在设计水头和额定转速下采用CFD进行三维数值模拟,计算各过流部件的水力损失,研究水轮机的水力性能。通过改变转轮叶片出水边翼形,对比分析转轮出口水流流态与虹吸式出水流道水头损失的关系,研究不同叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响。结果表明,在水头、转速和导叶开度相同的情况下,各修改方案中叶片3使得出水流道水头损失较小,其对应的平均涡角为13.26°,出水流道水头损失为0.135 m,水轮机的效率也较高(为89.33%)。此外,选取效率较高的叶片,改变叶片数量,分析其对虹吸式水轮机水力性能的影响。     

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。     

贯流泵装置出水流道进口区压力及速度场分析

为分析贯流泵装置出水流道进口区流场的非定常特性,在考虑水泵与流道的水力相互作用基础上,采用RNG k-ε湍流模型对贯流泵装置进行全流道的非定常数值计算。通过非定常求解预测的贯流泵装置能量性能数据与物理模型试验值进行对比,验证数值计算方法的可信度,分析出水流道进口区非定常压力及速度场的演变规律。结果表明:(a)贯流泵装置数值预测的扬程系数与模型试验结果的最大相对误差为3.15%,效率的最大相对误差为3.07%。(b)出水流道进口区轴面速度场的波谷数与导叶体的叶片数相同。(c)随着流量系数的减小,出水流道进口区的轴面速度场的波峰特征越趋明显,轴面速度的尾迹特征逐步增强。(d)水流经出水流道扩散,速度逐步减小而压力逐渐增大,出水流道进口区的脉动主频受叶轮旋转的影响很小,压力波动主要受导叶体进口流态和导叶体结构的双重影响。(e)不同工况时各监测点的主频及次主频均为低频脉动。     

泵站进水流道设计理论的新进展

针对传统的进水流道设计理论建立在一维流动的基础上,存在着难以自圆其说的矛盾的情况,计算、分析了进水流道内的基本流态,简要介绍了建立在三维流动理论基础上的进水流道优化水力设计的基本思路,给出各种形式进水流道优化水力设计的主要结果及工程应用实例。     

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.     

分汊河道分沙的三维数值模型

为分析汊道口门处水流结构对悬移质分沙的影响,采用带旋流修正的k-ε双方程紊流模型,对分汊河道分流口门处的三维水流结构进行精确计算,并在此基础上,采用可考虑相间滑移的混相流模型对不同形态分汊河道的悬移质分沙进行计算。计算结果显示了分汊口门处表底层水流的差异及横向环流的存在等现象,与前人的实验值吻合良好。计算结果表明,分汊口门处的环流强弱和悬移质垂线分布是影响汊道分沙比与分流比关系的主要因素。     

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。     

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.     

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。     

旋转辊差异化非直流道设计与多目标优化方法

为提高平面流铸冷却辊内水流更新速率,在流道内流体微团力学分析基础上,提出一种进、出水面采用不同旋向肋道的差异化非直流道结构,并基于Bezier曲线对肋道型线与厚度进行参数化表达;针对多变量、多参数优化过程中求解效率低的问题,采用拉丁超立方抽样获取样本点,通过数值计算获得样本点性能参数,然后,基于熵权层次分析法获得流道换热效率综合性能指标,进一步采用BP神经网络预测与遗传算法优化相结合的方法进行寻优。研究结果表明：进水面采用旋向即与冷却辊转向相反的肋道、出水面采用旋向即与冷却辊转向相同的肋道可明显减小流道涡旋现象,提高水流更新速率;所提出的参数化建模与优化方法在应用于多变量、多参数优化时具有较高的求解效率;在同等条件下,相比于传统散射直流道和优化前流道,优化后流道的流量分别提升25.0%和5.6%,达到了提高水流更新速率的目的。     

旋转水流消能及其空化特性

研究了高水头（Ｈ〉２００ｍ）泄水建筑物隧洞内部消能的一种新型消能工,将竖井与隧洞切向连接,在隧洞内形式螺旋形的旋转水流,这种水流结构可消散水流中大部分能量,使流向下游的水流剩余能量较小,减轻下游的消能负担和减少下游冲刷。这种消能工的最基本的水流形态环流,在其固体边壁存在着较大的离心力,其中心为大气压,整个水流不会出现负压,流速迅速降低,空化特性较好,不会产生空化与空蚀。还分析了旋转水流的消能机理、     

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。     

泵站进水流道三维造型系统的研究

在泵站二维进水流道计算机辅助设计系统软件开发的基础上，利用与其相同的支撑平台(即AutoCAD软件包及AutoLISP程序设计语言等)，研制了泵站进水流道的三维造型系统，使得泵站进水流道的二维CAD软件系统与三维造型系统成为一个有机的整体. 该系统对设计泵站进水流道有参考价值，使用方便，易于掌握.