立式泵站簸箕型進(jìn)水流道三維紊流數(shù)值模擬

為了防止和消除雙向流道泵裝置進(jìn)水流道內(nèi)的漩渦和渦帶,確保水泵機(jī)組的安全運(yùn)行,在雙向進(jìn)水流道底部泵進(jìn)口下方加設(shè)曲線導(dǎo)流墩。通過cfd軟件對(duì)設(shè)導(dǎo)流墩的雙向流道泵裝置內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得泵裝置內(nèi)部的三維流動(dòng)速度場(chǎng),并預(yù)測(cè)了泵裝置的性能。結(jié)合模型泵裝置試驗(yàn)的內(nèi)外特性,著重研究了雙向進(jìn)水流道的出口流速分布及其對(duì)泵裝置性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明加設(shè)導(dǎo)流墩的雙向進(jìn)水流道出口斷面流速分布較為均勻,流速均勻度達(dá)到93%,滿足水泵運(yùn)行的需要;裝置性能良好,最優(yōu)工況點(diǎn)的裝置效率為68.89%。模型試驗(yàn)觀測(cè)顯示導(dǎo)流墩的設(shè)置有效地防止水泵進(jìn)口下方渦帶的產(chǎn)生,在各種試驗(yàn)工況下進(jìn)水流道內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)渦帶,水泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)無振動(dòng),可保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行。比較進(jìn)水流道出口流速分布的計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果,二者在總體結(jié)構(gòu)上相近,數(shù)值模擬對(duì)泵裝置性能預(yù)測(cè)結(jié)果在最優(yōu)工況點(diǎn)與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

介紹了簸箕式進(jìn)水流道和井筒式泵。這種新型的進(jìn)水流道是參照荷蘭廣泛使用的流道形式并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況研制的；同時(shí)提出了井筒式泵這一水泵安裝形式，并在工程實(shí)際中進(jìn)行了應(yīng)用。這為我國(guó)的泵站建設(shè)增添了一個(gè)新的內(nèi)容。

介紹了簸箕式進(jìn)水流道和井筒式泵。這種新型的進(jìn)水流道是參照荷蘭廣泛使用的流道形式并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況研制的；同時(shí)提出了井筒式泵這一水泵安裝形式，并在工程實(shí)際中進(jìn)行了應(yīng)用。這為我國(guó)的泵站建設(shè)增添了一個(gè)新的內(nèi)容。

針對(duì)杭州三堡排澇泵站的軸流泵裝置,選取兩種典型的進(jìn)、出水流道設(shè)計(jì)方案(斜20°和斜30°方案),在設(shè)計(jì)流量工況下對(duì)整個(gè)軸流泵裝置進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬,通過比較內(nèi)部流態(tài)和水力損失確定了最佳方案,并在非設(shè)計(jì)流量工況下對(duì)最佳方案進(jìn)行非定常數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)流量工況下,與斜20°方案相比,斜30°方案中水泵的內(nèi)部流態(tài)更好且水力損失更小,為最佳方案;對(duì)于斜30°方案,在大于和小于設(shè)計(jì)流量的工況下,軸流泵的出水流道水力損失均大于設(shè)計(jì)流量工況下的,且偏小流量工況下的水力損失最大。

為了提升潛水軸流泵的性能,研究其內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律,采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε雙方程湍流模型和壓強(qiáng)連接的隱式修正simplec算法對(duì)國(guó)產(chǎn)zq2870c-4潛水軸流泵全流道進(jìn)行了cfd分析,得出流道內(nèi)葉片、導(dǎo)葉表面速度、壓力分布規(guī)律,依此分布規(guī)律指出了該泵軸面流道及葉片設(shè)計(jì)存在的不足,應(yīng)對(duì)葉片、導(dǎo)葉型線以及導(dǎo)葉部分軸面流道形狀進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整.根據(jù)泵進(jìn)出口速度、壓力分布規(guī)律,預(yù)測(cè)了泵的能量特性曲線,實(shí)驗(yàn)表明:預(yù)測(cè)的結(jié)果較為理想,但在偏離設(shè)計(jì)工況下的湍流模型還需要做進(jìn)一步的研究.

為了提升潛水軸流泵的性能,了解其內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律,采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程紊流模型和壓強(qiáng)連接的隱式修正simplec算法,對(duì)潛水軸流泵全流道進(jìn)行了cfd分析.得出了流道內(nèi)各速度矢量、壓力分布規(guī)律,并提出相應(yīng)的改進(jìn)建議.

為定量研究肘形進(jìn)水流道對(duì)軸流泵水力性能的影響,實(shí)現(xiàn)性能預(yù)測(cè),該文采用雷諾時(shí)均n-s方程和標(biāo)準(zhǔn)紊流模型,數(shù)值模擬了某肘形進(jìn)水流道和軸流泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的三維流場(chǎng),獲得了水泵的流量~揚(yáng)程曲線、流量~功率曲線和流量~效率曲線,并與設(shè)計(jì)進(jìn)水條件下的水泵性能進(jìn)行了對(duì)比。在該肘形進(jìn)水流道提供的進(jìn)水條件下,在計(jì)算流量范圍內(nèi),泵的揚(yáng)程和效率分別平均下降約8.62%和5.74%,軸功率平均增加約3.56%,最優(yōu)工況點(diǎn)效率降低了5.99%,流量減少了8.59%。通過5個(gè)肘形進(jìn)水流道設(shè)計(jì)方案的計(jì)算對(duì)比發(fā)現(xiàn),流道出口水流的偏流角與水泵性能的發(fā)揮密切相關(guān),在相同流量下,水泵效率差值達(dá)4.34%。因此,為確保水泵高效、安全地運(yùn)行,應(yīng)重視進(jìn)水流道水力設(shè)計(jì)優(yōu)化和面向?qū)ο蟮乃迷O(shè)計(jì),改善水泵進(jìn)水條件,減少進(jìn)水流道對(duì)水泵水力性能的影響。

針對(duì)江都三站運(yùn)行存在的主要問題,采用了直接求解基于時(shí)間平均的n-s方程雷諾和k-ε紊流模型方程組的方法,通過數(shù)值模擬預(yù)測(cè)肘形彎管進(jìn)水流道內(nèi)部流動(dòng),優(yōu)選了肘形彎管的改造方案。改善了流速分布,使得該泵站裝置具有了較高的性能。

分析吸水流道對(duì)泵性能的影響，介紹立式混流泵吸水流道的基本尺寸、結(jié)構(gòu)形式以及設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)。

分析吸水流道對(duì)泵性能的影響，介紹立式混流泵吸水流道的基本尺寸、結(jié)構(gòu)形式以及設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)。

含閘墩溢流壩三維過壩水流數(shù)值模擬——利用有限體積方法對(duì)含閘墩溢流壩過壩水流三維流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，采用k-ε兩方程模型模擬湍流，利用流體體積（vof）法確定自由水面線，分別對(duì)兩種墩型過壩水流進(jìn)行計(jì)算，給出了3種水頭下的水面線及壩面壓力，通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果...

采用三維紊流數(shù)學(xué)模型模擬某個(gè)處于彎道上的閘壩式水電樞紐工程,得到泄流能力、水面線、流速等水力參數(shù)的分布規(guī)律,并將計(jì)算結(jié)果與水工模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,兩者吻合良好,表明對(duì)水面波動(dòng)不大,或者水面波動(dòng)雖然相對(duì)較大,但摻氣量不大的自由面水流,采用本研究方法能夠得到較高的模擬精度,取得令人滿意的計(jì)算效果.本文的研究方法可以在一定程度上代替模型試驗(yàn),對(duì)工程泄水建筑物方案的優(yōu)選有重要作用.

考慮海灣地區(qū)水體密度分布不均所引起的密度梯度和斜壓效應(yīng),建立正交曲線坐標(biāo)下基于σ坐標(biāo)的三維斜壓水流和溫排水?dāng)?shù)學(xué)模型。將該模型應(yīng)用于象山灣內(nèi)某電廠的溫排水運(yùn)動(dòng)特性研究,計(jì)算所得的潮位和流速與原體觀測(cè)資料吻合良好,所得溫排水的溫升范圍以排水口為中心,隨灣內(nèi)漲、落潮呈帶狀分布,排水口近區(qū)熱分層現(xiàn)象明顯,溫升分布計(jì)算結(jié)果與物理模型試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)一致。

介紹了在荷蘭有廣泛應(yīng)用、在我國(guó)剛開始得到應(yīng)用的泵站箕箕形進(jìn)水流道,采用紊流模型數(shù)值計(jì)算的方法,對(duì)這種形式的流道進(jìn)行了優(yōu)化水力計(jì)算,劉老漳泵站水泵裝置模型對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果表明,經(jīng)過優(yōu)化的簸箕形流道的水力性能,得到了顯著的改善。

運(yùn)用cfx流動(dòng)軟件的滑移網(wǎng)格和標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型對(duì)工業(yè)中常用的dl型多級(jí)沖壓離心泵整級(jí)進(jìn)行了全三維瞬態(tài)流場(chǎng)的數(shù)值模擬,分析泵內(nèi)葉輪與導(dǎo)葉間的動(dòng)靜干擾問題?；凭W(wǎng)格分別設(shè)置在多級(jí)離心泵葉輪出口、固定導(dǎo)葉入口與泵內(nèi)流體之間的交互界面,對(duì)每個(gè)時(shí)間步求解流動(dòng)方程。在任一個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi),分析葉輪入口和出口的總壓值出現(xiàn)脈動(dòng)信號(hào)頻率與葉輪葉片數(shù)的關(guān)系。分析了葉輪入口和出口處總壓波動(dòng)的幅度。該三維非穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果為多級(jí)沖壓離心泵的水力優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

利用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型,采用vof法追蹤自由水面,應(yīng)用瞬態(tài)piso算法求解壓力速度耦合的方法,采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格并在溢流壩頂進(jìn)行網(wǎng)格加密,模擬計(jì)算了七孔溢洪道流場(chǎng)的三維水力特性,得到了設(shè)計(jì)工況的泄流能力、水面曲線、速度場(chǎng)。通過物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證,兩者結(jié)果吻合較好。

針對(duì)同一葉輪配不同導(dǎo)流器,通過試驗(yàn)分析,探索提高潛水泵效率的途徑。以250qj125型潛水泵配兩種導(dǎo)流器為例,通過cfd數(shù)值計(jì)算,預(yù)測(cè)出潛水泵的性能,將解析法求得的潛水泵最佳工況點(diǎn)與模擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,其結(jié)果較為吻合。經(jīng)對(duì)兩種導(dǎo)流器內(nèi)部的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)分析,提出了增加導(dǎo)流器長(zhǎng)度、增大導(dǎo)葉片進(jìn)口沖角和壁角等方法可提高潛水泵的效率。

用pro/e軟件建立噴頭內(nèi)流道的三維實(shí)體模型,選擇rngk-ε模型在cfd軟件fluent中模擬了雨鳥30psh型搖臂式噴頭在10種入口壓力和4種主噴嘴直徑組合下的內(nèi)流道流場(chǎng),分析了噴頭主副噴嘴的流量、入口壓力與出口平均速度等參數(shù)的關(guān)系。研究結(jié)果表明:主噴嘴直徑增大時(shí),副噴嘴流量幾乎不變;主、副噴嘴的流量分配比例由主噴嘴直徑?jīng)Q定,與入口壓力無關(guān)。入口壓力增大,主噴嘴出口平均速度增大,但副噴嘴出口平均速度不變。噴頭主、副噴嘴的平均湍動(dòng)能隨入口壓力增大而增大,不受主噴嘴直徑變化的影響。主噴嘴出口靜壓力、湍動(dòng)能和速度的標(biāo)準(zhǔn)差、副噴嘴出口靜壓力標(biāo)準(zhǔn)差與入口壓力近似成正比;而副噴嘴出口湍動(dòng)能和速度的標(biāo)準(zhǔn)差隨主噴嘴直徑或入口壓力增大產(chǎn)生較大的無規(guī)律變化。噴頭內(nèi)流道流場(chǎng)的可視化結(jié)果顯示噴頭副噴嘴與彎管連接處?kù)o壓力較大,接近噴頭入口靜壓力。

采用三維紊流模型,應(yīng)用有限容積法計(jì)算了室內(nèi)空調(diào)的氣固耦合傳熱問題,并對(duì)室內(nèi)空調(diào)的氣流組織形式,主要是對(duì)流速場(chǎng),溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,為空調(diào)室內(nèi)的氣流組織形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)及舒適性提供了研究依據(jù)。

采用三維紊流模型,應(yīng)用有限單元法計(jì)算了空調(diào)列車(硬座車)室內(nèi)氣固耦合傳熱問題,對(duì)空調(diào)列車室內(nèi)氣流組織,主要是速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬.研究了送風(fēng)方式和送風(fēng)速度對(duì)空調(diào)列車室內(nèi)流場(chǎng)的影響,以及送風(fēng)溫度對(duì)空調(diào)列車室內(nèi)溫度場(chǎng)的影響,為空調(diào)列車室內(nèi)氣流組織優(yōu)化設(shè)計(jì)及舒適性研究提供了依據(jù)

基于reynolds時(shí)均化的n-s方程和標(biāo)準(zhǔn)的k-ε兩方程湍流模型,運(yùn)用流場(chǎng)計(jì)算軟件fluent,在不同工況下對(duì)qw950-15-55型雙流道污水泵葉輪蝸殼耦合流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,捕捉到了雙流道葉輪內(nèi)流的重要特征。依據(jù)計(jì)算結(jié)果,主要分析了設(shè)計(jì)工況時(shí)雙流道葉輪內(nèi)部的速度和壓力分布情況。葉輪內(nèi)壓力分布與葉片式離心泵的數(shù)值模擬是類似的;在偏離設(shè)計(jì)的大流量工況,葉輪流道內(nèi)的流動(dòng)呈現(xiàn)明顯的不對(duì)稱性;葉輪內(nèi)部流動(dòng)為混合螺旋流,由軸向旋渦作用引發(fā)的相對(duì)速度旋渦的渦核位置靠近后蓋板和壓力側(cè);葉輪出口的壓力和絕對(duì)速度分布呈現(xiàn)明顯的周期性,其周期性與葉輪流道的周期性是對(duì)應(yīng)的;靜壓周向分布的軸向不對(duì)稱性較小,而速度周向分布的不對(duì)稱性則較大。對(duì)比試驗(yàn)與數(shù)值模擬的揚(yáng)程和水力效率值,數(shù)據(jù)基本吻合。

利用cfd軟件fluent對(duì)多級(jí)導(dǎo)葉式清水離心泵的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了葉輪及導(dǎo)葉內(nèi)部流道的速度和壓力分布規(guī)律,并發(fā)現(xiàn)了葉輪進(jìn)口回流,出口的二次流動(dòng)特征等葉輪內(nèi)部流動(dòng)的細(xì)節(jié),導(dǎo)葉出口區(qū)產(chǎn)生了一個(gè)低壓區(qū)等流動(dòng)特征。然后根據(jù)自編計(jì)算軟件利用計(jì)算得到的速度場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算出泵的揚(yáng)程、功率、效率和流量之間的關(guān)系曲線,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)工況附近,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合較好,在其它工況點(diǎn),特別是小流量工況點(diǎn),誤差較大。