大型斜式泵装置出水流道偏流问题研究
发布时间：2021-11-19 07:58
大型低扬程泵站广泛应用于跨流域调水、水环境改善、农业灌溉和城市防洪排涝等重要领域。斜式泵装置是大型低扬程泵站的主要泵装置型式之一,已应用于盐官泵站、太浦河泵站和三堡泵站等多座大型低扬程泵站。在对斜式泵装置进行的研究中发现:斜式出水流道的两孔出流流量相差很大,存在着严重的偏流问题。为研究解决斜式泵装置出水流道的偏流问题,本文以某大型待建泵站斜式泵装置为研究对象,采用CFD分析和模型试验研究的方法,分析了偏流产生的原因,并提出了解决偏流问题的思路和措施,得到了以下研究成果:（1）对某泵站采用常规长度中隔墩的斜式出水流道进行了三维流场数值模拟,计算得到该出水流道的偏流系数为2.738,出水流道两孔水流出流流量明显不同,一孔大、一孔小,偏流问题严重;顺水流方向看,出水流道内的主流偏于左侧上部,流道右下侧存在大范围的旋涡区。（2）分别在流道进口水流有环量和无环量的条件下,研究了环量对弯曲流道和不弯曲流道内流场的影响,发现了斜式出水流道偏流问题的本质:具有环量的水流以螺旋状流入呈“S”形弯曲的斜式出水流道所产生的一种流动现象。（3）提出了在斜式出水流道弯曲段内设置导流板消减流道进口水流的环量解决其...
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－〖斜式出水流道流场计算区域及网格剖分图??
该斜式泵站单泵设计流量为５０?ｍ３／ｓ，水泵叶轮中心线至出水流道工作闸门门槽中??心线距离为２６ｍ；出水流道出口断面的宽度为９．６ｍ、高度为５．５ｍ。出水流道具体控制尺??寸示于图３－１。考虑布置出水工作闸门和事故闸门的需要，在出水流道出口中设长度为１４??ｍ、厚度为１．４?ｍ的中隔墩。顺水流方向看，中隔墩将斜式出水流道分为左、右两孔。??．＿?－１?－?＿１??７４２３?，??１３３５０??２００Ｑ?１０００?７０００?丨??Ｉ?，?２６０００?＊??Ｉ?３３５００?￣??＾??（ａ）立面图??ＪＩ＾Ｉ?Ｉ??ｔ?ｉｈ????Ｊ?［?｜?６０００?１｜〇｜）］）?３５００?ｉｐｐｙ２Ｓ００??（ｂ）平面展开图??图３－１斜式泵装置出水流道单线图??３．２斜式出水流道的偏流现象??３．２．１出水流道偏流系数??为表示斜式出水流道偏流的程度，引入偏流系数Ａ作为表达偏流程度的定量指标。偏??流系数Ａ的定义为在设有中隔墩的斜式出水流道内，流道左孔与右孔所通过的流量之比，??其计算式为：??Ａ?＝?＾￣?（３－１）??式中，Ｊ?＆和Ｗ?Ａ分别为出水流道左孔和右孔的断面面积；￣和＾分别为出水流道左孔和右??孔内水流的平均流速。??一般而言，出水流道左孔和右孔的断面面积相等，即。因此偏流系数Ａ的计算??式可以化简为左孔平均流速与右孔平均流速的比值：??
斜式出水流道存在着严重的偏流问题，左孔的水流流量远大于右孔，水流主流偏左。??３．２．２出水流道三维流场??该斜式出水流道设计流量时的流道表面流场图示于图３－２。根据三维流场图观察出水??流在流道内的流动状况，分析出水流道的偏流现象。??（ａ）流场俯视图?（ｂ）流场仰视图??０．?２５?０．?７６?１?２７?１．?７８?２?２９?２．?８１?３．?３２?３?８３?４．?３４?４?８５?５．?３６??（ｍ／?ｓ）??图３－２斜式出水流道流场图??由流场图可以看到：受水泵导叶体出口剩余环量的影响，水流以螺旋状旋转前进的状??态进入斜式出水流道内，进口段水流呈逆时针旋转趋势；斜式出水流道弯曲段呈“Ｓ”形，??旋转前进的水流在进入斜式出水流道后经历了先向上、再向下、再向上的多次转向运动过??程；水流经中隔墩分隔后进入流道的左右两孔内，可以明显看到右孔平均流速明显低于左??孔，水流主流偏向左侧，水流在流道右侧下部形成了较大范围的旋涡。??为更加细致地观察斜式出水流道内部水流流态，在斜式出水流道内分别取高度为出水??流道立面高度２０％、５０％与８０％的三个水平剖面流场图，分别记为上剖面、中剖面与下剖??面。通过对三个典型位置的横剖面流场图进行观察
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国水资源利用现状与水污染治理对策研究[J]. 王炜. 山东工业技术. 2018(20)
[2]大型低扬程泵装置现状及发展方向[J]. 戴启璠. 江苏水利. 2018(06)
[3]浅析我国水资源现状、问题及治理对策[J]. 郭妮娜. 安徽农学通报. 2018(10)
[4]杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化[J]. 潘志军,徐磊,沈晓燕,洪飞,张浩. 排灌机械工程学报. 2018(06)
[5]密云水库调蓄工程水泵装置模型试验及分析[J]. 戚兰英,张弋扬,张国宇. 人民黄河. 2017(06)
[6]黄家坝30°斜式轴流泵装置模型试验研究[J]. 刘润根,马晓忠,詹磊. 中国农村水利水电. 2016(02)
[7]流体机械旋转湍流计算模型研究进展[J]. 王福军. 农业机械学报. 2016(02)
[8]中型泵站整体机组大修施工技术浅析[J]. 马建国,赵春龙,吴东恒,吴磊. 江苏水利. 2015(03)
[9]基于CFD计算的轴流泵改型设计和效果[J]. 石丽建,汤方平,谢荣盛,齐立龙,杨正东. 农业工程学报. 2015(04)
[10]浅谈斜式轴流泵水导轴承的选择[J]. 霍顺平,姜福保,王立华,邓阿清,石银业. 内蒙古水利. 2013(05)
博士论文
[1]低扬程泵装置水动力特性及多目标优化关键技术研究[D]. 杨帆.扬州大学 2013
[2]低扬程立式泵装置优化水力设计研究[D]. 梁金栋.扬州大学 2012
硕士论文
[1]斜式轴伸泵装置水力特性及优化设计研究[D]. 徐磊.扬州大学 2009
[2]南水北调二级坝泵站贯流式水泵技术方案比选和装置模型试验研究[D]. 张平.山东大学 2009
[3]水流数值模拟后处理的方法与实现[D]. 赵慧敏.合肥工业大学 2007
[4]泵站前池流态改善三维数值模拟研究[D]. 印超.扬州大学 2007
本文编号：3504618
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－〖斜式出水流道流场计算区域及网格剖分图??
该斜式泵站单泵设计流量为５０?ｍ３／ｓ，水泵叶轮中心线至出水流道工作闸门门槽中??心线距离为２６ｍ；出水流道出口断面的宽度为９．６ｍ、高度为５．５ｍ。出水流道具体控制尺??寸示于图３－１。考虑布置出水工作闸门和事故闸门的需要，在出水流道出口中设长度为１４??ｍ、厚度为１．４?ｍ的中隔墩。顺水流方向看，中隔墩将斜式出水流道分为左、右两孔。??．＿?－１?－?＿１??７４２３?，??１３３５０??２００Ｑ?１０００?７０００?丨??Ｉ?，?２６０００?＊??Ｉ?３３５００?￣??＾??（ａ）立面图??ＪＩ＾Ｉ?Ｉ??ｔ?ｉｈ????Ｊ?［?｜?６０００?１｜〇｜）］）?３５００?ｉｐｐｙ２Ｓ００??（ｂ）平面展开图??图３－１斜式泵装置出水流道单线图??３．２斜式出水流道的偏流现象??３．２．１出水流道偏流系数??为表示斜式出水流道偏流的程度，引入偏流系数Ａ作为表达偏流程度的定量指标。偏??流系数Ａ的定义为在设有中隔墩的斜式出水流道内，流道左孔与右孔所通过的流量之比，??其计算式为：??Ａ?＝?＾￣?（３－１）??式中，Ｊ?＆和Ｗ?Ａ分别为出水流道左孔和右孔的断面面积；￣和＾分别为出水流道左孔和右??孔内水流的平均流速。??一般而言，出水流道左孔和右孔的断面面积相等，即。因此偏流系数Ａ的计算??式可以化简为左孔平均流速与右孔平均流速的比值：??
斜式出水流道存在着严重的偏流问题，左孔的水流流量远大于右孔，水流主流偏左。??３．２．２出水流道三维流场??该斜式出水流道设计流量时的流道表面流场图示于图３－２。根据三维流场图观察出水??流在流道内的流动状况，分析出水流道的偏流现象。??（ａ）流场俯视图?（ｂ）流场仰视图??０．?２５?０．?７６?１?２７?１．?７８?２?２９?２．?８１?３．?３２?３?８３?４．?３４?４?８５?５．?３６??（ｍ／?ｓ）??图３－２斜式出水流道流场图??由流场图可以看到：受水泵导叶体出口剩余环量的影响，水流以螺旋状旋转前进的状??态进入斜式出水流道内，进口段水流呈逆时针旋转趋势；斜式出水流道弯曲段呈“Ｓ”形，??旋转前进的水流在进入斜式出水流道后经历了先向上、再向下、再向上的多次转向运动过??程；水流经中隔墩分隔后进入流道的左右两孔内，可以明显看到右孔平均流速明显低于左??孔，水流主流偏向左侧，水流在流道右侧下部形成了较大范围的旋涡。??为更加细致地观察斜式出水流道内部水流流态，在斜式出水流道内分别取高度为出水??流道立面高度２０％、５０％与８０％的三个水平剖面流场图，分别记为上剖面、中剖面与下剖??面。通过对三个典型位置的横剖面流场图进行观察
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国水资源利用现状与水污染治理对策研究[J]. 王炜. 山东工业技术. 2018(20)
[2]大型低扬程泵装置现状及发展方向[J]. 戴启璠. 江苏水利. 2018(06)
[3]浅析我国水资源现状、问题及治理对策[J]. 郭妮娜. 安徽农学通报. 2018(10)
[4]杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化[J]. 潘志军,徐磊,沈晓燕,洪飞,张浩. 排灌机械工程学报. 2018(06)
[5]密云水库调蓄工程水泵装置模型试验及分析[J]. 戚兰英,张弋扬,张国宇. 人民黄河. 2017(06)
[6]黄家坝30°斜式轴流泵装置模型试验研究[J]. 刘润根,马晓忠,詹磊. 中国农村水利水电. 2016(02)
[7]流体机械旋转湍流计算模型研究进展[J]. 王福军. 农业机械学报. 2016(02)
[8]中型泵站整体机组大修施工技术浅析[J]. 马建国,赵春龙,吴东恒,吴磊. 江苏水利. 2015(03)
[9]基于CFD计算的轴流泵改型设计和效果[J]. 石丽建,汤方平,谢荣盛,齐立龙,杨正东. 农业工程学报. 2015(04)
[10]浅谈斜式轴流泵水导轴承的选择[J]. 霍顺平,姜福保,王立华,邓阿清,石银业. 内蒙古水利. 2013(05)
博士论文
[1]低扬程泵装置水动力特性及多目标优化关键技术研究[D]. 杨帆.扬州大学 2013
[2]低扬程立式泵装置优化水力设计研究[D]. 梁金栋.扬州大学 2012
硕士论文
[1]斜式轴伸泵装置水力特性及优化设计研究[D]. 徐磊.扬州大学 2009
[2]南水北调二级坝泵站贯流式水泵技术方案比选和装置模型试验研究[D]. 张平.山东大学 2009
[3]水流数值模拟后处理的方法与实现[D]. 赵慧敏.合肥工业大学 2007
[4]泵站前池流态改善三维数值模拟研究[D]. 印超.扬州大学 2007
本文编号：3504618
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