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控藻井对泵站进水流态影响分析.pdf
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1、江苏水利JIANGSU WATER RESOURCES水利规划与设计12023年8月Aug.2023陈洪程1,张凡希1,周静姝1,钱文康1,金燕2(1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司,江苏 扬州 225127;2.扬州大学 水利科学与工程学院,江苏 扬州 225009)摘要:为了消除控藻井工程对泵站进水流态的不利影响,基于CFX软件,运用雷洛时均N-S方程和RNG k-湍流模型,结合多种控藻井布置形式和泵站进水侧整流措施,研究泵站进水侧三维流动形态及特征断面上水力参数。通过结果可知,一字型导流墙不适合正向进水条件的泵站整流,两道底坎方案时水流条件最佳,前池整体流速控制在0.95 m/s以内,
2、水流流态较为平顺,3台机组进口断面流速接近,湍动能数值较低,流速均匀度数值较原始方案平均提高了10.7%,速度加权平均角度平均优化了4.6。关键词:控藻井;整流;水力性能;数值模拟中图分类号:TV675文献标识码:B文章编号:1007-7839(2023)08-0001-0005收稿日期:2023-06-05作者简介:陈洪程(1992),男,工程师,硕士,主要从事水利规划与设计工作。Email:chenhc_控藻井对泵站进水流态影响分析Analysis of influence of algae control well on inlet flow regime ofpumping stati
3、onCHEN Hongcheng1,ZHANG Fanxi1,ZHOU Jingshu1,QIAN Wenkang1,JIN Yan2(1.Jiangsu Surveying and Design Institute of Water Resources Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,China;2.College of Hydraulic Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China)Abstract:In order to eliminate the adverse effects o
4、f algae control well engineering on inlet flow regime of thepumping station,based on CFX software,the three-dimensional flow regime of the pumping station intake side andhydraulic parameters on the characteristic section are investigated by applying the Lei Loh time-averaged N-Sequations and the RNG
5、 k-turbulence model in combination with a variety of algae control wells arrangementforms and pumping station intake-side flow rectification measures.It can be seen from the results that the one-typeguide wall is not suitable for the rectification of the pumping station with positive inlet condition
6、s,and the water flowconditions are optimal in the case of the two-bottom-can scheme,with the overall flow velocity of the forebay poolcontrolled within 0.95 m/s,the water flow regime is smoother,the flow velocity of the three units in the inlet sectionis close to the same,and the turbulence kinetic
7、energy values are lower,the flow velocity uniformity values areincreased by an average of 10.7%compared with that of the original scheme,and the velocity-weighted averageangle is optimized by an average of 4.6.Key words:algae control well;rectification;hydraulic performance;numerical simulation夏季为蓝藻
8、爆发期,水体中蓝藻密度较高,泵站引水时受蓝藻影响,水质常为类或劣类,无法向城区引水,严重影响城区水环境。蓝藻的沉浮主要是由藻细胞内的伪空泡通过充气及释气来实现1。通过试验观察发现0.50.7 MPa压力下,细胞内伪空泡将被压瘪,蓝藻失去浮力沉降,无法进行1光合作用,继而丧失繁殖能力2-3。采用挡墙隔断外河,利用推流器将受蓝藻污染的水从控制井内管输送至井底,通过水柱产生的静水压力,将蓝藻群体拆解,并破坏其气囊结构,使其失去活性,再从外管及横管输送至泵站进水池,从而有效改善泵站引水的水源水质4。由于控藻井工程改变了泵站的进水条件,进水池中需采用必要的整流措施。目前国内外针对泵站进水池整流措施已经比
9、较成熟,罗灿等研究了泵站正向进水池底坎整流机理5;奚斌等分析了导流墙、Y型导流墩和导流坎组合式整流措施效果6;张娟等通过切滩处理有效改善泵站进水侧流态7。为探讨控藻井布置形式和泵站进水池整流措施结合的最优方案,本文采用三维紊流模拟技术,对泵站进水池流态及水力性能进行数值模拟,确保泵站安全稳定运行。1数值计算1.1控制方程考虑控藻井及泵站进水池内的不可压缩湍流流动,并且该流动存在较大曲率和旋转,将RNG方法用于雷诺时均的Navier-Stokes方程并且引入湍能和耗散率8-9,得到控制方程如下:连续方程:uixi=0(1)动量方程:uit+ujuixj=-1pxi+xjvuixi-uiuj(2)
10、式中:u为流速;t为时间;p为压强;为密度;v为黏性系数。k-模型方程:kt+ujkxj=xjkvkxj+2vtSijSij-(3)t+ujxj=xjvxj-R+2c1kvtSijSij-c22k(4)式中:k为湍动能;为湍动耗散;R为附加项;c为模型常数,c1=1.42,c2=1.68;k、为有效普朗克数,k=1.39;S为 应变率张量的范数。1.2计算区域及边界条件应用UG NX软件建立包含引河道、控藻井、输水管道及泵站进水池的三维计算域。该泵站设计运行水位1.83 m,水深2.84 m,共安装有3台贯流泵机组,单机设计流量5 m3/s。本文对设计工况进行全流场三维数值模拟。计算域进口取距
11、离泵站进口210 m的引河道断面,采用质量流进口,流量为15 m3/s。出口取3台机组进水流道断面,采用平均静压。计算域中水位变化幅度较小,不会产生太多气液混合体,故液面采用刚盖假定。近壁处采用scalable壁面函数法8。采用SIMPLE进行压力和速度的耦合计算。1.3网格划分及无关性检验由于计算域结构不规则,在Mesh中采用适应性强的四面体非结构化网格进行网格划分,控藻井部位进行了局部网格加密处理。为保证数值模拟的高效及准确,进行计算域网格无关性分析,以进出口的水力损失为衡量标准11-12,计算了5组网格方案的相对误差见图1,由图1结果可知:当网格数超过410.3万时,水力损失误差极小,该
12、网格数量已满足数值计算要求。2方案比选针对原始方案进水条件恶劣,回流区较大,偏流严重问题,本文采用弧形墙束窄引河道,切滩处理废弃支流,并结合导流墙、底坎等整流措施提出了3种控藻井布置和进水池整流组合方案13-15。各方案措施详见表1,各方案三维模型见图2。方案二四采用的弧形翼墙,虽然缩进了3座控藻井之间距离,但依旧满足控藻井最小间隔距离要求。图1不同网格数下的水力损失表1整流设计方案方案编号一二三四挡墙形式直墙弧形墙弧形墙弧形墙整流措施无措施底坎导流墙+底坎+切滩双底坎+切滩2江苏水利2023年8月23计算结果3.1三维流态分析由图3可知,原始方案由于控藻井布置比较分散,其中 1 台是侧向出水
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