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。     

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。     

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．     

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。     

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.°     

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.     

大型轴流泵箱室式(钟型)进水流道的研究

随着我国国民经济的发展,为解决大面积的农田灌溉,有效地迅速排除债涝,保证大面积农田稳产高产,我国机电排灌事业得到很大发展,特别是大型轴流泵抽水机站发展的更加迅速,并获得很大的效益。进水流道是大型轴流泵装置的重要组成部分,它对装置的水力性能、汽蚀特性、泵站布     

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.     

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.     

基于重整化群湍流模型的双向轴流泵出水结构研究

双向轴流泵装置是一种特殊的泵站形式．结合某泵站技术改造，运用三维湍流数值模拟技术对其出水结构进行研究．基于定常不可压流体的控制方程和重整化群湍流模型，应用SIMPLEC算法，数值模拟了X型双向流道泵装置三种出水结构方案内三维湍流流场．通过给出计算流速矢量分布图、流速等值线图，直观地显示了出水结构内水流流场情况．分析表明，设计控制参数不合理是导致出水结构内部流态较差的主要原因，不良流态引起水力损失增加．文中依据数值模拟结果，预测出水结构水力损失，并与实验进行了比较，表明通过采用重整化群湍流模型能较好地预测双向泵出水结构的水力性能．重整化群湍流模型在泵装置内特性数值模拟和外特性预测研究方面中有较好的推广价值．     

污水泵站进水流态的分析及其改进

根据上海市污水治理二期工程SA泵站水力模型试验,分析城市污水泵站前池普遍存在的不良进水流态现象及其对水泵性能的影响,提出前池流态改善措施．试验表明,改进后的前池使流态得到明显改善,水泵机组效率明显提高,并可有数降低泥沙淤积．     

低扬程水泵装置水力特性参数换算研究综述

通过对低扬程泵装置水力特性参数换算方法及性能预测的机理进行理论分析研究,建立低扬程泵装置水力特性参数换算方法及性能预测本构模型.根据泵内机械摩擦损失、水力摩擦损失、非设计工况“撞击损失”、泵内泄漏损失、不同结构型式进出水流道水力损失机理,建立各分部效率乘积形式的水泵总效率表达式;通过与各种损失性质相关的分部效率计算系数的换算实现泵分部效率及总效率的换算.用计算流体动力学从理论上计算出泵装置内各部分损失与流道型式、雷诺数、比转数、过流部件粗糙度之间的关系,为效率换算及性能预测提供依据.     

浅析泵站工程进水流道的选型和设计

进水流道选型和设计合理与否影响水泵叶轮进口处的流速分布和压力分布,对水泵的实际运行性能有影响。进水流道形状尺寸不当,流道内可能产生涡带,降低水泵效率;涡带进入水泵,还可能造成机组震动。进水流道是水工结构的一部分,其形状尺寸直接影响泵站投资和施工难易。因此,合理地进行流道选型和设计,不论对水泵运行和工程投资均有很大意义。本文以设计实例浅谈如何合理进行进水流道的选型和设计,为今后同类工程提供参考。     

新型双向平蜗壳流道泵装置特性试验研究

提出了一种适用于灌排结合低扬程大中型轴流泵站的新型双向平蜗壳流道,并结合魏村泵站模型试验对双向平蜗壳道泵装置特性进行了试验研究,得出泵装置综合性能曲线,结果表明：流道流态平顺,泵装置运行稳定,效率较高,该成果不仅为魏村泵站设计和施工提供了必要的依据。对今后同类泵站流道的选型设计也有一定参考价值。     

泵站前池流场的数值模拟

采用标准κ-ε模型和SIMPLE算法,对泵站前池水流流态进行了数值模拟。根据模拟前池水流的速度矢量图和断面垂线速度分布分析了泵站前池型式、扩散角与天然扩散角的关系和开机决策对泵站进水流态的影响,所得结论与泵站前池的设计理论十分吻合,这不论对泵站的设计还是改造都具有指导意义。     

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.     

新夏港泵站轴流泵模型装置的研究

采用三维边界无法数值模拟了新夏港泵站的进水流道，并通过对该30°斜轴泵模型装置的试验研究和模型换算，得出了模型及原型装置的综合特性曲线，该成果可作为新夏港和其它相同类型泵站设计的重要依据