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侧向进水前池边墙收缩角对池内水沙运动特性影响的研究

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侧向进水前池边墙收缩角对池内水沙运动特性影响的研究

作者：董春海兰州理工大学

学位级别：硕士

泵站作为大型提灌工程中不可缺少的水工建筑物,其运行状况影响灌区的提水效率和工程效益。侧向进水是泵站进水一种主要布置形式之一,其来流方向与泵站机组吸水方向存在一定夹角,导致在前池内出现漩涡、回流等不良流态,在池内出现泥沙淤... 详细信息

泵站作为大型提灌工程中不可缺少的水工建筑物,其运行状况影响灌区的提水效率和工程效益。侧向进水是泵站进水一种主要布置形式之一,其来流方向与泵站机组吸水方向存在一定夹角,导致在前池内出现漩涡、回流等不良流态,在池内出现泥沙淤积现象,严重降低泵站运行效率,制约灌区工程效益的发挥。本文以景泰川电力提灌工程典型泵站侧向进水前池为研究对象,采用理论分析、数值模拟与现场调查的方法,开展泵站侧向进水前池边墙收散角对池内水沙运动特性影响的研究,揭示侧向进水前池内水沙运动特性,探讨侧向进水前池泥沙沉积效率和淤积机理,提出有效改善泵站侧向进水前池内水流流态和预防泥沙淤积的措施,拟为同类泵站的设计和更新改造提供参考。主要结论如下:(1)侧向进水前池内流场结构划分明显,进水前池中央区域为主流区,主流两侧为两个大小不一的回流区,回流区内产生漩涡,且靠近进水前池外侧边墙中间区域回流现象尤为显著;边墙收缩角过小时,外侧边墙回流区对主流区的挤压作用明显,增大边墙收缩角能够有效缩小回流区及漩涡尺度,削减回流区对主流区的挤压作用,优化池内水流流态,提升进水前池内流场结构的稳定性。沿水深方向,回流区漩涡尺度不断减小,进水前池流场结构趋于不断稳定的分布,即表层水体扩散效果好,底层水体扩散效果差。(2)侧向进水前池各流层水体泥沙浓度分布不均,表层水体泥沙浓度约为0.6～1.0倍的计算域进口断面水流平均泥沙浓度;中层水体泥沙浓度约为0.83～1.05倍的计算域进口断面水流平均泥沙浓度;底层水体泥沙浓度约为1.0～1.17倍的计算域进口断面水流平均泥沙浓度,自水流表层至池底处,泥沙浓度递增,池底处泥沙淤积严重。受不同收缩角体型侧向进水前池内流场结构变化的影响,池底处泥沙淤积现象随边墙收缩角的增大得到明显改善,水流运动扩散效应显著增强。(3)侧向进水前池内平面主流区流速平均值约为计算域进口断面平均流速的30%～55%,两侧回流区流速平均值约为计算域进口断面平均流速的5%～10%,主流区流速远大于两侧回流区,中央区域主流效应显著;受进水前池内各区域流速分布的影响,主流区内泥沙浓度分布均匀,水流携沙运动能力强,回流区内泥沙浓度分布紊乱,水流携沙运动能力弱。前池立面水流流速为常见的对数分布,泥沙浓度为线性分布,自池底处至水流表层,水流流速递增,泥沙浓度递减,水流流态趋于更稳定的分布。(4)研究结果表明:采取对侧向进水前池外侧边墙向内收缩一定角度的方式可以改善进水前池内水流流态,提升池内流场结构的稳定性,水流沿流程发展和扩散较为充分,有效缓解多泥沙河流引水泵站前池的泥沙淤积问题,提升泵站的运行效率。

关键词：侧向进水前池边墙收缩角数值模拟水沙运动特性泥沙淤积

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侧向进水前池偏流改善及曲线型翼墙参数优化

侧向进水前池偏流改善及曲线型翼墙参数优化

作者：冯倜倜扬州大学

学位级别：硕士

前池是泵站重要的进水建筑物,其水力特性直接影响进水池的进水条件,从而影响水泵性能。由于地理位置、泄水要求等因素的影响,泵站的布置有时选用侧向进水布置形式。泵站侧向进水的引河水流方向与前池主流一般存在一定角度的夹角,会在前... 详细信息

前池是泵站重要的进水建筑物,其水力特性直接影响进水池的进水条件,从而影响水泵性能。由于地理位置、泄水要求等因素的影响,泵站的布置有时选用侧向进水布置形式。泵站侧向进水的引河水流方向与前池主流一般存在一定角度的夹角,会在前池产生不良流态,可能会影响是泵机组的安全经济运行,故可以在前池施加整流措施来进行不良水流流态改善,对泵站的设计、改造以及安全经济运行都有着举足轻重的借鉴价值。本文采用曲线型翼墙和导流墩进行整流,可为同类型泵站工程的设计、前池不良水流流态改善提供参考。构建侧向进水泵站前池三维模型,对设计进水位和最高进水位的无整流措施方案进行分析计算,可以看出引河的水进入前池后,由于水流运动惯性作用,不易进行转弯,会在靠引河来流侧的前池右边壁处形成大范围旋涡,靠节制闸侧的两个前池存在偏斜现象。将靠引河来流侧的前池右边直线型翼墙改成曲线型翼墙,分析曲线型翼墙的主要参数,利用正交试验将这些参数设计成试验组合方案,然后进行数值模拟,影响因素包括曲线型翼墙的前池入口角度、末端角度、投影长度以及弧度段半径。选用常见的L16（45）正交表,对试验指标进行直观分析和方差分析,确定主要影响因素、一般影响因素等,结合水平特征断面流线图进行分析,观察旋涡改善程度。通过两次正交试验分析曲线型翼墙参数优化的一般规律,改善侧向进水前池流态的曲线型翼墙较优的参数组合范围是:曲线型翼墙前池入口角度取46°～48°,曲线型翼墙末端角度取17°～19°,曲线型翼墙投影长度取12m左右,曲线型翼墙弧度段半径对水流流态影响很小,可根据实际需求选取,本文选取3.5m。针对最高进水位存在的靠节制闸侧前池水流偏斜情况,采用导流墩来进行整流,改变导流墩角度,分析导流墩偏斜角度对偏斜水流的调整情况,在局部施加单个曲型导流墩,来解决边壁小范围旋涡问题,以上曲线型翼墙参数优化方法以及导流墩角度设置对类似工程具有一定的参考意义。

关键词：数值模拟侧向进水前池曲线型翼墙正交试验导流墩

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大型泵站侧向进水前池模拟及水力优化

水电能源科学 2011年第7期29卷 132-135,145页

作者：李效旭郑源茅媛婷周大庆李玺河海大学水利水电学院江苏南京210098 河海大学能源与电气学院江苏南京210098 广东电力科学研究院广东广州510080

以深圳市沙井排水泵站为例,采用三维模拟软件CFD对泵站前池整流进行了数值模拟及水力优化,并利用物理模型试验进行了验证。结果表明,在一定水力损失范围内,前池的配水渠段加设挡水堰并进行改进后,能明显改善水流流态,有助于减弱甚至消... 详细信息

以深圳市沙井排水泵站为例,采用三维模拟软件CFD对泵站前池整流进行了数值模拟及水力优化,并利用物理模型试验进行了验证。结果表明,在一定水力损失范围内,前池的配水渠段加设挡水堰并进行改进后,能明显改善水流流态,有助于减弱甚至消除侧向斜交水流惯性作用产生的偏流现象,可为泵站侧向斜交进水方式的研究提供参考。

关键词：侧向进水前池泵站数值模拟水力优化

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城市排水泵站侧向进水前池流态的研究

湖北民族学院学报（自然科学版） 2005年第1期23卷 69-71页

作者：戴红霞河海大学现代农业工程系江苏南京210098

在城市排水泵站中,由于受地形、用地的限制,常采用布置紧凑的侧向进水前池.然而,侧向进水将会造成前池水流紊乱,流速分布不均,产生局部的回流、漩涡等,从而影响了水泵的效率.结合上海污水治理三期工程汶水路泵站模型试验,对侧向进水前... 详细信息

在城市排水泵站中,由于受地形、用地的限制,常采用布置紧凑的侧向进水前池.然而,侧向进水将会造成前池水流紊乱,流速分布不均,产生局部的回流、漩涡等,从而影响了水泵的效率.结合上海污水治理三期工程汶水路泵站模型试验,对侧向进水前池的流态进行研究,并提出改善不良流态的工程措施.

关键词：侧向进水前池模型试验流态改善措施

引黄工程总干三级泵站侧向进水前池水工模型试验研究

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山西电力 2002年第A2期 37-41页

作者：候佩瑾张云岗卢绮玲胡青勉山西省水利科学研究所山西太原030002

介绍了通过水工模型试验提出的引黄入晋工程总干三级泵站侧向进水前池的优化体型及为调整水流结构而采取的整流板等工程措施 ,这些措施使泵站进水前池中水流流态平稳 ,流速分布均匀 ,避免了在各种工况下前池中产生螺旋流及水面串通漏斗... 详细信息

介绍了通过水工模型试验提出的引黄入晋工程总干三级泵站侧向进水前池的优化体型及为调整水流结构而采取的整流板等工程措施 ,这些措施使泵站进水前池中水流流态平稳 ,流速分布均匀 ,避免了在各种工况下前池中产生螺旋流及水面串通漏斗漩涡 ,能保证水泵安全、正常。

关键词：引黄工程三级泵站侧向进水前池水工模型试验螺旋流整流板泥沙淤积

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泵站侧向进水结构参数优化与模型试验研究

泵站侧向进水结构参数优化与模型试验研究

作者：熊伟江苏大学

学位级别：硕士

进水结构包括前池和进水流道,其中前池在引水段和进水流道之间起衔接作用,其功能是将引水段水流做出进一步调整,优化水泵的进水条件。前池进水方式主要有正向进水及侧向进水。前池的不同结构对其内流态产生不同的影响,前池和进水流道流... 详细信息

进水结构包括前池和进水流道,其中前池在引水段和进水流道之间起衔接作用,其功能是将引水段水流做出进一步调整,优化水泵的进水条件。前池进水方式主要有正向进水及侧向进水。前池的不同结构对其内流态产生不同的影响,前池和进水流道流态的优劣对水泵进水条件好坏起着决定性作用。因此,通过改变侧向进水前池结构参数来优化泵站前池内的特性对提高泵站的效率,维持泵站稳定性具有重要的意义。本文以某燃煤电厂泵站侧向进水结构为例,采用数值计算与模型试验相结合的方法对泵站侧向进水结构优化前后模型水力性能对比分析,利用响应面法对侧向进水前池重要几何参数进行优化,并进行试验验证。主要工作内容和成果如下:1.采用Realizable k-ε湍流模型对泵站侧向进水结构原方案不同水位、不同泵组开关方案的水流状态进行数值分析,分析并总结侧向进水结构中不良流态形成的原因及规律。计算结果表明:(1)原模型侧向进水结构内存在不良流态主要是因为前池内扩散角过大、转向角与坡度偏小以及进水流道前存在闸门结构;(2)各机组方案运行时在原方案侧向进水前池中均出现不良流态且在进水喇叭管附近均出现不同强度的旋涡。各特征断面的流速分布均较为紊乱,均匀度最小值为47.76%;(3)单泵运行方案相对于双泵运行机组前池内流态较好,在侧向前池内没有大尺度回流漩涡,但在进水流道内仍会发生脱流以及回流现象。2.采用响应面法建立流道出口断面流速分布均匀度与前池扩散角、前池坡度以及前池转向角等参数的回归方程,对优化模型进行数值模拟并与原方案模型进行对比分析,结果表明:(1)单结构参数中扩散角α,坡度β,转向角γ都是显著影响因素,多结构参数中只有扩散角和转向角交互项对出口断面流速分布均匀度的耦合影响显著;(2)随着扩散角、转向角和坡度的增加,出口断面流速分布均匀度先上升后下降。(3)选取结构参数坡度为8°,转向角为75°,扩散角为11°作为优化方案,优化后泵站侧向进水前池设计水位工况下特征断面C2流速分布均匀度平均提升了19.15%,低水位工况下特征断面C2流速分布均匀度提高了14.97%。3.基于佛汝德相似准则搭建了模型比尺为1:10的泵站侧向进水结构模型试验平台,进行模型试验研究,并对数值模拟准确性进行了验证,研究结果表明:(1)数值模拟计算结果与模型试验测量结果,两者流速变化横向方向上保持相同的变化趋势,且两者特征断面流速分布均匀度相对误差值均在5%以内,说明本文所采用的数值计算方法具有可靠性和准确性;(2)在各工况下,优化后的泵站侧向进水结构流态的均匀性、稳定性及喇叭管预选角的指标均达到了相关性能测试规范要求。

关键词：侧向进水前池数值分析响应面法模型试验性能测试

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侧向进水城市排水泵站配水池水力优化设计

中国给水排水 2008年第8期24卷 37-40页

作者：张林于永海徐辉河海大学水利水电工程学院江苏南京210098

针对侧向进水泵站前池中容易出现流态紊乱、各水泵机组来流不均的问题,利用计算流体力学(CFD)对设置配水池后的前池三维流场进行了数值模拟,研究了配水池的进口跌坎高度、底部结构形式和宽度对配水效果的影响,通过比较给出了优化设计参... 详细信息

针对侧向进水泵站前池中容易出现流态紊乱、各水泵机组来流不均的问题,利用计算流体力学(CFD)对设置配水池后的前池三维流场进行了数值模拟,研究了配水池的进口跌坎高度、底部结构形式和宽度对配水效果的影响,通过比较给出了优化设计参数。结果表明,配水池设计参数的优化可以显著提高其配水效果,为各水泵机组提供比较接近的来流条件,有助于提高泵站的整体运行性能。

关键词：泵站侧向进水前池配水整流水力优化计算流体力学

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袁桥泵站进水前池整流改善研究

袁桥泵站进水前池整流改善研究

作者：孔梁扬州大学

学位级别：硕士

前池的主要作用是连接引水渠道与进水池,起到平顺扩散水流、将来流均匀地送至进水池的作用,为水泵进水口提供良好进水的条件。泵站前池按来流方向不同,可分为正向和侧向两种进水形式。若是前池形式设计不当,会在池中形成淤积、回流、旋... 详细信息

前池的主要作用是连接引水渠道与进水池,起到平顺扩散水流、将来流均匀地送至进水池的作用,为水泵进水口提供良好进水的条件。泵站前池按来流方向不同,可分为正向和侧向两种进水形式。若是前池形式设计不当,会在池中形成淤积、回流、旋涡和偏流等不良水流现象,直接影响水泵取水性能,导致水泵汽蚀性能和运行效率降低,甚至引起水泵机组的噪声及震动,剧烈时可能会使整个泵站系统管路或元件损坏。因此,优化泵站前池的水流流态,对于提高水泵的工作效率以及泵站的安全经济运行和管理具有重要的意义。本文以徐州市袁桥泵站为例,采用数值模拟和模型试验的方法,选取不同整流措施对泵站前池内水流流态进行优化。以设置导流墙和立柱等方式进行整流分析,通过各整流措施方案数值模拟与模型试验结果的研究对比,结合工程实际,选取最优方案。本文的建模选用UG软件,首先建立原始方案的三维模型,接着将其导入Mesh软件化分非结构化网格,给定一定的边界条件后用CFX对水流进行数值模拟计算,计算结果导入Tecplot 360软件进行后处理,得出面层、中层与底层流态。经过计算得出各进水流道特征断面的流速分布均匀度和速度加权平均角度。前池流态改善措施方案选取的研究中,本文首先对加设在不同位置的直导流墙方案进行数值模拟,通过比较流态分布和流速分布均匀度,得出了以下结果:1#直导流墙在向Y方向移动时,1#进水流道流态变差的同时2#进水流道的流态及流速均匀度逐渐得以优化。然后,选择2#进水流道整流效果最优的位置方案(方案四),再加上三角形立柱及圆弧形导流墙的整流措施,以保持2#进水流道水流平顺的同时提高1#进水流道特征断面的流速分布均匀度为目标,对不同位置的立柱与导流墙的组合进行数值模拟,选出整体整流最优的方案并探讨其整流措施的效果。最后,对原始方案及整流方案进行物理模型试验,其结果与数值模拟计算一致,验证了整流方案的合理性。综合各方案底层、面层的流态以及特征断面的流速分布均匀度和速度加权平均角的计算结果,得到如下结论:在进水涵洞前端和引河内加设组合式导流墙和三角形立柱能有效改善侧向进水前池流态,水流能比较均匀的流进各水泵机组。当取1#导流墙距右边壁的距离为4.77D、三角形立柱距右边壁3.45D、1#圆弧导流墙头部A距右边壁4.77D。2#圆弧导流墙头部B距右边壁6.23D时,整流效果最好。

关键词：前池侧向进水前池流态数值模拟模型试验

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大禹渡泵站前池流态分析及开机组合优化

大禹渡泵站前池流态分析及开机组合优化

作者：周珊珊扬州大学

学位级别：硕士

前池是引渠和进水池之间的连接段,在实际工程中,常出现因前池设计不当而导致的不良流态,尤其是侧向进水前池更容易产生偏流和漩涡,难以满足泵站安全运行的需求。因此,通过整流措施来改善侧向前池内的流态具有重要的工程实用价值。本文... 详细信息

前池是引渠和进水池之间的连接段,在实际工程中,常出现因前池设计不当而导致的不良流态,尤其是侧向进水前池更容易产生偏流和漩涡,难以满足泵站安全运行的需求。因此,通过整流措施来改善侧向前池内的流态具有重要的工程实用价值。本文以大禹渡枢纽二级站侧向进水池为研究背景,采用数值计算方法对泵站侧向前池内的流态和不同的泵站开机组合进行了全面的研究,提出了相应的整流措施及开机组合建议,并探索了水流流速与泥沙体积分数之间的关系。首先,采用RNG k-ε湍流模型对侧向前池内的单相流流态进行数值模拟计算,分析不良流态的分布与成因,并提出整流方案。泵站运行时,侧向进水前池内发生严重的偏流和回流,回流区挤压主流,使主流向一侧偏斜,由于胸墙的阻水作用,其后的进水池中出现大范围立面漩涡、回流和横向流动等不良流态。针对前池内的流动特征提出三种形式导流墩的整流方案,以及弧形导流墩与整流格栅相结合的组合式整流方案。弧形导流墩分流效果较好,能有效改善偏流现象,减小弧形导流墩与前池进口之间的距离可达到更好的拦水与分流效果,平均流速均匀度提高,水力损失降低,流态进一步得到改善。采用弧形导流墩与整流格栅相结合的组合式整流,能有效消除底层的横向水流,使底层流速分布均匀,为吸水喇叭管提供了较好的入流条件。其后,对不同开机组合状态下的前池流态进行数值模拟,探索流态随不同开机组合变化规律,并根据不同开机组合（六台、三台和两台）下的泵站前池内流态、流速均匀度及流速分布情况,给了不同的开机建议:若开六台机组,建议开靠近引渠末端的六台机组G～L;若开三台机组,建议开靠近引渠末端的三台机组J～L;而开两台机组的情况相对特殊,建议开启靠近引河末端、且共用进水池的两台机组J和K。最后,采用Mixture多相流模型对流场内的二相流流态进行数值模拟计算,探索流速与泥沙体积分数之间的关系。通过二相流计算得到的泥沙体积分数值判断可能会出现泥沙淤积的区域,并将结果与单相流计算结果进行对比,若单相流计算得到的低速区流态比较均匀,其低速区位置与二相流计算得到的泥沙体积率较大的区域基本吻合,若低速区存在不良流态,其低速区位置与泥沙体积率较大的区域则不相符合。因此,在确定泥沙淤积可能出现的位置时,不能仅仅依靠流速来判断,还应考虑低速区内是否存在漩涡和回流等不良流态。

关键词：侧向进水前池流态分析整流措施开机组合数值模拟