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不同开机组合下泵站前池与进水池中的水流流动特性

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江苏水利 2024年第3期 57-61,65页

作者：王慧罗晓旭江苏省泗阳闸站管理所江苏宿迁223700 江苏省骆运水利工程管理处江苏宿迁223800

泵站前池和进水池能够为泵站提水提供良好的保障。运用立式离心式水泵泵站模型,在参数确定后,构建泵站前池与进水池计算模型。基于此计算模型,制定8种不同的开机组合方案,进行前池与进水池的流态、吸入管进口的流动、瞬间流动特征的分析... 详细信息

泵站前池和进水池能够为泵站提水提供良好的保障。运用立式离心式水泵泵站模型,在参数确定后,构建泵站前池与进水池计算模型。基于此计算模型,制定8种不同的开机组合方案,进行前池与进水池的流态、吸入管进口的流动、瞬间流动特征的分析,进而研究不同开机组合下泵站前池与进水池中的水流流动特性,揭示不同开机组合对泵站前池与进水池内部水流流动的影响,为泵站的安全稳定运行提供有利支持。

关键词：泵站开机组合进水池水流特性

基于三方程VLES模型的进水池吸气涡数值模拟

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农业机械学报 2022年第3期53卷 183-188页

作者：黄先北郭嫱仇宝云扬州大学电气与能源动力工程学院扬州225127

开敞式进水池在大流量、低水位情况下易出现表面涡,严重时将发展为吸气涡,影响泵站安全稳定运行。为准确模拟吸气涡流动结构,采用S-CLSVOF方法捕捉水气交界面,并基于混合RANS/LES方法中的VLES方法解析湍流场结构,分析了网格与计算时间... 详细信息

开敞式进水池在大流量、低水位情况下易出现表面涡,严重时将发展为吸气涡,影响泵站安全稳定运行。为准确模拟吸气涡流动结构,采用S-CLSVOF方法捕捉水气交界面,并基于混合RANS/LES方法中的VLES方法解析湍流场结构,分析了网格与计算时间对计算结果的影响,同时研究了VLES模型的特性。结果表明:VLES模型可以准确地预测吸气涡流场中的速度分布;不同网格数量级对速度分布与相对吸气率的变化规律影响较小,为降低计算资源消耗,网格数量级达到O(10^(6))即可;根据相对吸气率随时间的变化规律可判断吸气涡达到稳定的时刻,在该时刻之后计算10 s即满足相关标准的要求,进一步延长计算时间不改变吸气涡位置与相对吸气率的变化规律;在本算例中,VLES模型的解析度主要受湍流积分尺度的影响,在近壁面为RANS模式以降低近壁面网格要求,而在湍流核心区为混合RANS/LES以提高计算精度。

关键词：进水池吸气涡 VLES S-CLSVOF 数值模拟

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开敞式进水池喇叭口悬空高度对吸气涡的影响

工程科学与技术 2023年第5期55卷 161-168页

作者：黄先北方涛郭嫱陈徐睿庞凯文仇宝云扬州大学电气与能源动力工程学院江苏扬州225127

开敞式进水池是中小型泵站中重要的水工建筑,其在结构尺寸设计不合理时易出现空气吸入涡(air-en-trained vortex,简称吸气涡),严重时会发生空蚀,从而严重影响泵站安全稳定运行。在开敞式进水池中,喇叭口悬空高度C对进水池流动影响较大... 详细信息

开敞式进水池是中小型泵站中重要的水工建筑,其在结构尺寸设计不合理时易出现空气吸入涡(air-en-trained vortex,简称吸气涡),严重时会发生空蚀,从而严重影响泵站安全稳定运行。在开敞式进水池中,喇叭口悬空高度C对进水池流动影响较大。本文根据泵站设计规范中给定的悬空高取值范围,采用简化的耦合水平集与流体体积方法(simple coupled level-set and volume-of-fluid method,S-CLSVOF)捕捉水气交界面,并基于分叉模型(bifurcation model,BM)进行数值模拟,分析了吸气涡随喇叭口悬空高度的变化规律,并从喇叭口处涡量及涡拟能的角度,分析了产生该规律的机理。结果表明:吸气涡的大小和进水管内相对吸气率β呈正相关,且平均相对吸气率在3×10^(-4)~7×10^(-4)之间;平均相对吸气率基本随悬空高度的增加呈下降趋势,但在C=0.35D(D为喇叭口直径)处出现突降的情况;每个方案涡量随时间的变化规律表明涡量可定量体现吸气涡的强度;通过对涡拟能输运方程中的分析,发现漩涡受到的拉伸作用决定了平均相对吸气率的变化规律,且与吸气率的变化规律一致,揭示了吸气率突降的机理。同时,分析研究结果发现,在设计进水池时,考虑到吸气涡程度与泵的安装,C=0.35D的悬空高度为最优选择。本文结论对进水池的设计具有指导意义。

关键词：进水池吸气涡悬空高度简化的耦合水平集与流体体积方法吸气率

进水池附壁涡时频特征分析及其对轴流泵的影响研究

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进水池附壁涡时频特征分析及其对轴流泵的影响研究

作者：陈徐睿扬州大学

学位级别：硕士

轴流泵站开敞式进水池易形成附壁涡,危害泵站稳定运行。已有研究主要针对附壁涡的演化规律与形成机理,但对于如何在泵站运行中辨识附壁涡,以及附壁涡如何影响轴流泵则尚不清楚。本文基于CFD,针对上述问题进行系统研究。由于附壁涡是强... 详细信息

轴流泵站开敞式进水池易形成附壁涡,危害泵站稳定运行。已有研究主要针对附壁涡的演化规律与形成机理,但对于如何在泵站运行中辨识附壁涡,以及附壁涡如何影响轴流泵则尚不清楚。本文基于CFD,针对上述问题进行系统研究。由于附壁涡是强分离流动所致并具有典型的非定常特征,在CFD计算时,湍流模型便成为最为准确预测的关键。混合RANS/LES模型结合RANS和LES的优点,能够以经济的计算资源准确模拟复杂湍流问题。VLES模型是一种优秀的RANS/LES模型,在其它流动中显示出优势,具有良好的应用前景。为此,本文研究了VLES模型在复杂旋转流体机械内部流动中的适用性,并重点探讨VLES的核心参数对模拟结果的影响。在此基础上,为实现附壁涡的辨识,本文基于小波分析方法展开压力信号的时频分析,该方法克服了传统傅里叶变换无法获得频率随时间变化的缺陷,适于非定常的附壁涡信号分析。通过时频特征的提取与分析,并结合内部流场结构,建立了附壁涡的辨识准则,并揭示了附壁涡对轴流泵的影响。本文所得主要结论如下:VLES适于进水池与轴流泵内部流动的预测,结果优于RANS与其它混合RANS/LES模型;VLES中的关键参数n与β的取值对预测结果存在明显影响,n=2、β=-0.002为最优取值;附底涡先于后壁涡和侧壁涡形成,且强度最大,而形成时间最迟的是侧壁涡,强度最小。流量越小,三种漩涡的形成时间都越迟;附底涡、后壁涡和侧壁涡的主频范围为0.56 Hz～1.5 Hz,并且随着水深增加,主频的能量增强。在流量为0.8 Qd时,进水池内测点在叶轮转频36 Hz附近出现宽频特征,这是由于流量降低后,叶轮旋转产生的周向速度相比轴向速度就更大,叶轮的旋转效应增强;附壁涡充分发展后将进入喇叭口,其中后壁涡在喇叭口较为稳定,而附底涡所在区域则存在周期性的同向涡对形成与合并;叶轮进口与叶片测点的主频与进水池附壁涡的主频一致,这是因为附壁涡从喇叭口进入后作用于叶轮;为在泵站实际运行中辩识附壁涡,可在进水池底部边长0.5 D的正方形区域的内设置压力传感器,通过小波分析方法监测附壁涡的频率。本文结论可为泵站运行监测提供科学依据,具有重要的科学意义与工程实用价值。

关键词：进水池附壁涡 VLES 小波分析轴流泵

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闸站结合泵站进水池优化数值模拟研究

水利水运工程学报 2023年第5期 68-77页

作者：周东方王怡波周济人杨帆扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225127 南水北调东线江苏水源有限责任公司江苏扬州225004

为改善泵站进水池内旋涡、偏流等不良流态及研究十字消涡板对喇叭口下方水体的整流效果,选取某闸站结合泵站工程为研究对象,应用数值计算软件模拟导流墩长度对水流流态的影响,计算各方案下两种不同水位的流速分布均匀度与速度加权平均角... 详细信息

为改善泵站进水池内旋涡、偏流等不良流态及研究十字消涡板对喇叭口下方水体的整流效果,选取某闸站结合泵站工程为研究对象,应用数值计算软件模拟导流墩长度对水流流态的影响,计算各方案下两种不同水位的流速分布均匀度与速度加权平均角,并与对应原始方案下的结果进行比较。应用正交分析法研究十字消涡板尺寸对喇叭口处整流效果的影响,得到导流墩长度为3倍喇叭口直径配合十字消涡板的最佳整流方案,能有效减小旋涡面积。两种水位断面流速分布均匀度较原方案分别提升5.88%和2.73%,速度加权平均角分别提升2.83°和1.13°,流线更加均匀。该整流方案能有效改善水泵的进水条件和喇叭口处旋涡,可为闸站结合泵站工程的多参数优化及设计提供参考。

关键词：进水池导流墩十字消涡板

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泵站进水池内部流动特性研究

人民长江 2023年第5期54卷 246-251页

作者：李明王勇张子龙熊伟刘厚林江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013 苏州工业职业技术学院江苏苏州215104

泵站进水池内流态的好坏会直接影响到泵的工作效率以及整个泵站的安全稳定运行。基于CFX,使用Realizable k-ε湍流模型研究了不同水位和流量工况下进水池内表面涡特性以及流速均匀性动态变化规律。结果表明:当水位为600 mm时,小流量工... 详细信息

泵站进水池内流态的好坏会直接影响到泵的工作效率以及整个泵站的安全稳定运行。基于CFX,使用Realizable k-ε湍流模型研究了不同水位和流量工况下进水池内表面涡特性以及流速均匀性动态变化规律。结果表明:当水位为600 mm时,小流量工况下两侧表面涡分布不对称,随着流量增大,两侧表面涡相互影响程度减小;当水位为800 mm时,不同流量工况下两侧表面涡分布均对称;当水位为1000 mm时,小流量情况下两侧表面涡分布对称,随着流量增大,两侧表面涡相互影响程度增大。随着特征截面水位降低,进水池内特征截面的旋涡总环量增加,且旋涡总环量与水位成反比,与流量成正比;泵进口断面流速分布均匀度随着流量的增加而先增大后减小,随水位的增加而增大。研究成果可为进水池的结构优化提供参考依据。

关键词：进水池表面涡流速分布均匀度旋涡总环量数值模拟

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进水池对水泵进水条件影响的数值模拟和试验

农业机械学报 2005年第6期36卷 57-60页

作者：朱红耕扬州大学水利科学与工程学院

采用有限体积法和非结构网格,数值模拟了两种进水池设计方案对水泵进水条件的影响,并利用物理模型试验对数值计算结果进行了验证。数值计算结果表明,在进水池长度、宽度和喇叭口淹没深度等其他设计参数相同时,与矩形进水池相比,平面对... 详细信息

采用有限体积法和非结构网格,数值模拟了两种进水池设计方案对水泵进水条件的影响,并利用物理模型试验对数值计算结果进行了验证。数值计算结果表明,在进水池长度、宽度和喇叭口淹没深度等其他设计参数相同时,与矩形进水池相比,平面对称蜗壳形进水池配合导水锥的进水设计可以有效减小水泵吸水管内横向流速,抑制涡流强度,较好地改善水泵的进水条件。

关键词：水泵进水条件设计数值模拟模型试验进水池

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大型泵站前池与进水池水力特性研究

大型泵站前池与进水池水力特性研究

作者：张业田西安理工大学

学位级别：硕士

水泵站作为大型调水工程中的重要环节,是整个调水工程的动力来源。泵站中前池与进水池属于进水建筑物,承担着为水泵提供良好入流条件的重要任务。本文采用VOF方法追踪自由液面,通过数值模拟技术对前池与进水池、进水池与离心泵两个计算... 详细信息

水泵站作为大型调水工程中的重要环节,是整个调水工程的动力来源。泵站中前池与进水池属于进水建筑物,承担着为水泵提供良好入流条件的重要任务。本文采用VOF方法追踪自由液面,通过数值模拟技术对前池与进水池、进水池与离心泵两个计算模型进行水-空气两相流动的全三维数值计算,获得不同开机组合下泵站前池与进水池中的水流流动特性,以及进水池不同水深工况下进水池与吸入管内的流动特点,特别是识别进水池中出现的吸气涡并获得其演变规律,获得吸入管进口速度分布规律,并对进水池与吸入管内压力脉动信号进行分析。(1)采用正交试验设计思想确定了泵站四台机组的8种不同开机组合方案,按照方案中开启机组的分布型式有侧边机组集中型、中间机组集中型以及组合分布型的开机分布方案,进一步对不同开机组合方案进行VOF两相流动数值模拟,获得了前池与进水池在不同开机分布型式下不同水深位置所在特征截面上的水流流动特点,以四台机组启动为参照分析了吸入管进口处预旋受开机分布型式的影响特点,此外,还关注了前池与进水池中靠近水面特征截面上,涡系分布与吸入管进口速度分布的最大值不均匀系数随时间的变化特点。侧边机组集中型的开机方案中,前池与进水池中流态较差、吸入管进口的预旋较严重,且吸入管进口不均匀系数出现剧烈波动,因此泵站实际运行中不推荐采用此类型的开机组合分布型式。(2)对不同进水池水深工况下的进水池与离心泵模型进行数值模拟,获得了进水池与吸入管中流态在不同相对淹没深度下的分布特点,得出不同相对淹没深度下自由液面均呈现周期性变化,而吸入管内流态也受到相对淹没深度变化的影响,特别是低水深工况下(Hd=1.0)吸入管直管段管壁附近的漩涡结构对水流流动形成一定的扰动,总体来说随着相对淹没深度的增大,进水池中水流的流动更加平稳、吸入管与叶轮进口压力分布更加均匀;分析了低水深工况下吸气涡的详细演变过程,按照形态变化可将其分为快速发展阶段、稳定阶段与恢复阶段;吸入管进口的速度分布特点是中心处较平坦、靠近壁面附近存在较大的速度梯度,按照分布特点建立了有理函数模型与双指数函数模型来描述吸入管进口速度沿径向的分布规律;同时也分析了流量对水-空气分界面波动的影响特点,得出不同流量下水面也呈现小幅度的周期性波动,但流量越大水面的波动幅度也会越大。(3)分别从时域波形和频域分布对进水池与吸入管中监测点上压力脉动信号进行分析,得到了不同位置处监测点上压力脉动信号在时域中波形波动和频域中频率分布的特点,进水池中监测点上压力脉动信号0～1fn的幅值整体较高、呈现宽频分布的特点,与低水深工况相比,其它水深下进水池与吸入管内监测点上压力脉动0.1fn的幅值明显降低;采用经验傅里叶分解(EFD)方法,对吸入管进口附近监测点的压力脉动信号进行分析,获取了不同相对淹没深度下的时频分布特性

关键词：水泵站前池进水池吸气涡压力脉动

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进水池表面吸气涡数值模拟与试验

农业机械学报 2018年第2期49卷 120-125页

作者：吴鹏飞郭志伟钱忠东王志远陈芳武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

为了有效地消除表面吸气涡,对进水池内流场进行了数值计算,模拟了表面涡吸气的动态过程;建立了试验模型,验证CFD方法的可靠性;并提出了圆形盖板消涡装置,探求其有效性;采用了螺旋度密度分析法,揭示了表面涡的吸气及其抑制机理。结果显示... 详细信息

为了有效地消除表面吸气涡,对进水池内流场进行了数值计算,模拟了表面涡吸气的动态过程;建立了试验模型,验证CFD方法的可靠性;并提出了圆形盖板消涡装置,探求其有效性;采用了螺旋度密度分析法,揭示了表面涡的吸气及其抑制机理。结果显示:采用的CFD方法可以较好地预测表面吸气涡的动态过程;吸气准备阶段,自由水面出现凹陷,喇叭管进口附近形成螺旋度密度管;随着气体从自由水面进入水体,自由水面下方形成另一螺旋度密度管;当连续气柱形成时,两个螺旋度密度管相互连通,形成气体通道;通过在自由水面和喇叭管进口之间放置一定尺寸的圆形盖板装置,可以消除表面吸气涡。

关键词：进水池表面涡吸气数值模拟