泵站进水流道的流动性能研究及其优化.pdf
《泵站进水流道的流动性能研究及其优化.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《泵站进水流道的流动性能研究及其优化.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、20233年第5期20小原楼术泵站进水流道的流动性能研究及其优化沙玉俊(上海凯士比泵有限公司,上海200245)摘要:针对某泵站项目的进水流道,基于雷诺平均N-S方程和SSTk-流模型,通过数值模拟手段,研究分析了额定流量下不同水位泵站进水流道内部的流动性能,并对进水流道进行了优化设计。研究发现:在额定流量下,随着水位的下降,水泵周围出现自由液面涡,进水流道的水力性能变差。通过在喇叭进口增设不同直径的进水伞或新型的导水锥装置,对进水流道进行了优化设计;不同尺寸的进水伞对液面涡的消涡能力不同,增大进水伞的外径,可增强其消涡能力。三种优化模型均可使最低水位工况下自由液面涡减小或消失,但是加装新型导
2、流锥装置的方案,可以使流道流线分布更均匀,泵进口来流条件更好。关键词:泵站进水流道导水锥性能模拟优化设计中图分类号:TV675文献标识码:A进水流道是泵站重要的引水设施,它起着改善前池来流流态、使水流平稳均匀流人水泵、为水泵提供良好进水条件的作用。如果进水流道的形状、尺寸设计不当,就可能产生旋涡或者增大旋涡的强度,若旋涡呈涡带流人水泵,会造成水泵叶片负荷不平衡,从而引起机组振动;夹带空气的涡还会堵塞叶轮流道,导致水泵流量减小、效率降低,严重时水泵将无法正常工作。通常,进水流道内部的流动性能可通过模型试验进行测试,但在某些情况下,如因设计周期、模型结构、资金等条件的限制而无法进行测试。随着计算机
3、技术及CFD理论的快速发展,数值模拟手段越来越多地被应用于进水流道的性能评估。陶东等1 采用Realizablek-湍流模型对泵站进水池水流流动特性进行数值模拟,并与超声波多普勒流速流向仪对原型进水池的监测结果进行对比,结果表明数值模拟结果与监测结果吻合度较高,验证了数值模拟的可靠性,并发现侧壁撞击形成的旋涡会产生不可忽视的危害。吴鹏飞2 对进水池内表面吸气涡进行了三维数值模拟研究,并对不同湍流模型的适用性进行了分析,结果表明VOF多相流模型与SSTk-模型能够较好地模拟出表面吸气涡的4个动态过程,其中SSTk模型预测的表面涡的位置和形状与试验更为接近。孔德谦等3 利用Fluent软件,基于标
4、准k-湍流模型对泵站进水流态进行分析,并研究了水平吸水管悬空高对进水池流动特性的影响,得出适当增加水平吸水管的悬空高可改善进水池的流态,并推荐适宜的水平吸水管悬空高取值范围为吸水管直径的1.21.5倍。张弛等4 基于雷诺平均N-S方程和标准k-端流模型对8 组方案的肘型进水流道进行模拟,并对优选的方案进行模型试验,换算到原型后,流道水力损失与计算结果基本吻合。本文以某项目的进水流道为研究对象,采用CFD方法,在额定流量下对不同水位进水流道内部流动进行了数值模拟,研究分析进水流道性能的变化。通过在进水喇叭口增加不同直径的进水伞,或在下方增设一种新型的导水锥装置,对进水流道进行优化设计,并分析了优
5、化后最低水位下进水流道的性能。1项目介绍该项目泵站安装有4台立式混流泵,正向开式进水,单泵额定流量为3 2 57 5m/h,扬程为27.46m,转速为42 4r/min。本文以单个泵的进水流道作为研究对象。2023年第5期21小原技术2原设计模型数值模拟2.1三维模型根据项目提供的资料,利用UGNX三维建模软件对进水流道进行建模,不同水位条件下进水流道三维模型相似,只是高度有所不同。以其中一个模型为例,原设计三维模型如图1所示,单个流道模型如图2 所示。2.2网格划分考虑到模型较为复杂,网格划分采用非结构化网格,对边界层及细小特征进行了加密处理。为了避免在计算过程中过多的网格数导致过长的计算时
6、间,对模型进行了网格无关性验证,通过对不同网格数量模型的计算结果进行对比和分析,确定模型的最终网格单元数。各模型(不同水位及不同导流装置)最终生成的总体网格数在450 万50 0 万之间。网格划分结果如图3 所示。2.3计算方法及边界条件设置计算类型为稳态,流模型采用SSTk模型,收敛精度设为110-5进口边界条件设为质量流量进口;出口边界条件设为自由出流,相对压力设为0 Pa;壁面为理想图1整体三维模型自由液面喇叭水池进口水位喉部图2单个流道三维模型图3模型网格图壁面,设为静止、无滑移绝热壁面;自由液面基于刚盖假设定理5-6 ,使用对称边界条件。2.4水力性能计算依据1速度加权平均偏流角0以
7、进水喇叭喉部断面作为考核对象,进水喇叭喉部断面处的速度加权平均偏流角越小,说明水流越接近于垂直喇叭喉部断面,叶轮的人流条件就越好。速度加权平均偏流角计算如式(1)所示:nVVaiarctani=iVai(1)Vai式中,V为进水喇叭喉部断面各计算节点的径向速度分量(m/s);Va i 为进水喇叭喉部断面各计算节点的轴向速度分量(m/s)。2轴向速度分布均匀度V进水喇叭喉部断面上的轴向速度分布均匀度越接近10 0%,说明轴向流速分布越均匀,对叶轮的吸人条件越有利。轴向速度分布均匀度计算按式(2):1-(vai-D.)/n100%(2)au式中,a为进水喇叭喉部断面轴向流速的平均值(m/s);n
8、为进水喇叭喉部断面上计算节点的个数。2.5计算结果采用ANSYSCFX计算平台,在额定流量下,分别对原模型的额定设计水位和低水位两种水位的进水流道性能进行模拟分析,计算流量及水位如表1所示。2023年第5期22小原枝术表1计算流量及水位参数数值流量Q/(m/h)32575额定设计水位/m3.68低水位/m3.18由图4可以看出,原模型在3.6 8 m高水位条件下,进水流道流线分布均匀,泵的来流条件良好。但当水位下降到3.18 m时,在靠近水泵的后墙位置出现两个明显的自由液面涡,如图4(b)所示。这种自由液面涡会夹带空气及杂质进入水泵,导致水泵的来流条件变差,进而影响泵的水力性能,导致泵的振动和
9、损坏。对比表2 中两个水位下进水流道水力性能参数也可以看出,随着水位的降低,泵的淹没深度变小,进水喇叭喉部断面处的速度加权平均偏流角增大,轴向速度分布均匀度va降低。说明随着水位的降低,进水流道整体水力性能逐渐变差。另外,通过表2 可以发现,在泵站的额定设计水位3.6 8 m时,泵的进口喇叭喉部断面处的速度加权平均偏流角为6.6,根据HI9.8标准,偏流角应控制在5之内。通过表2 计算结果可以发现,在低水位时,偏流角更差。轴向速度分布均匀Velocity5.003.752.501.250.00m/s(a)3.68m水位Velocity5.00液面涡3.752.501.250.00m/s(b)3
10、.18m水位图4原模型进水流道整体流线图表2不同水位下进水流道水力性能流量Q/(m/h)水位/m6/()Vau/%3.686.695.4325753.187.892.0度va在不同水位大于9 0%,满足泵对来流的要求。3模型优化改进3.1优化模型为改善泵站的流动性能,减少自由液面涡的分布,满足3.18 m低液位运行要求,并在额定设计水位改善偏流角,需对原设计模型进行优化改进。如表3 所示,设计3 个优化方案,其中M1、M 2 方案分别是在进水喇叭底部增加直径不同的环形进水伞,如图5所示。图中,R1为原模型进口喇叭进口处外径,R为进水伞的外径。M3方案是在进水喇叭底部增加一个特殊设计的新型导水锥
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 泵站 进水 流动 性能 研究 及其 优化
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。