前_后置竖井贯流泵装置基本流态分析
双向竖井贯流泵进出水流道优化研究
双向竖井贯流泵进出水流道优化研究谢荣盛;吴忠;何勇;汤方平;谢传流;涂恋恋【摘要】基于RNGk-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用商用CFD软件对双向竖井贯流泵装置进行了三维流动数值仿真计算.对流道内的水力损失分析借鉴了微元法分析原理,通过对比分析分段水力损失可知:竖井作为进水流道时,其尾部汇合处水力损失较大,直管式出水流道在靠近导叶出口端水力损失较大,竖井作为出水流道在分叉处水力损失较大.通过调整竖井及直管式流道型线,有效减小水力损失,泵装置外特性有了较好的提升,最终完成水力性能优化设计.最终优化后的双向竖井贯流泵装置在叶片安放角为0°时数值计算结果正向运行效率最高达72.0％,反向为57.9％;模型试验结果正向运行效率最高达70.4％,反向为56.2％.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(046)010【总页数】7页(P68-74)【关键词】双向竖井贯流泵;水力损失;优化设计;数值模拟【作者】谢荣盛;吴忠;何勇;汤方平;谢传流;涂恋恋【作者单位】扬州大学水利与能源动力工程学院,扬州225009;江苏省水利工程建设局,南京210029;江苏省水利工程质量监督中心站,南京210029;扬州大学水利与能源动力工程学院,扬州225009;扬州大学水利与能源动力工程学院,扬州225009;扬州大学水利与能源动力工程学院,扬州225009【正文语种】中文【中图分类】TV131对于低扬程双向泵站，需要保证泵装置的双向安全稳定运行且要保证一定的泵装置效率，同时需兼顾安装检修和建造成本的要求。
谢伟东等[1]、陈容新等[2]比较了几种不同的双向泵装置结构形式，得出在低扬程泵站工程中竖井双向贯流式机组具有结构简单、安装维修方便、安全可靠、装置运行效率高等优点。
陆林广等[3]指出流道对泵装置的影响作用。
成立等[4]通过RNG湍流模型成功预测了双向泵站的外特性。
张仁田[5]通过对双向泵装置的模拟研究得出进口流速均匀度与装置最优效率呈正相关关系。
灯泡贯流泵装置的基本流态分析
（． ｏｌ ｅ ｆＨｙ ｒ ｕｉ Ｓ ｉ ｃ １Ｃ ｌ ｇ ｄ ａ ｌ ｃｅ ｅ＆ Ｅｎ ｉｅｒ ｇ， ａ ｇ ｈ ｕＵ ｉｅｓ ｙ， ２ ０ ９Ｃ ｉａ ｅ ｏ ｃ ｎ ｇｎｅｉ ｎ Ｙ ｎ ｚ ｏ ｎｖｒｉ ２ ５ ０ ｈｎ ； ｔ ２ ．Ｈｕ ｉｎＩｖｓｉａｉｎａ ｄ ＤｅｉｎＩｓｉ ｔ ｏ ｔ ｏ ｓｒａ ｃ Ｙ ｎ ｚ ｏ ２ ３ ０ ｈｎ ） ａａ ｎ ｅｔ ｔ ｎ ｓ ｎｔ ｕｅ ｆ Ｗａｅ Ｃ ｎｅｖｎｙ， ａ ｇ ｈ ｕ， ２ ０ ５Ｃ ｉａ ｇ ｏ ｇ ｔ ｒ
ｓｍ ｕａｉｎ ｍｅｈ ｄ，ｂ ｓ ｎ ｔ ｓ ｈ ａ ｉ ｆ ｗ ｈ ｒｃｅ ｉｔｃ ｆｆｏ ｔａ ｄ ｒａ ｓｔｏ ｅ ｕ ｂｐ ｍ ｐｓ ｓｅ ｗｅ ｅｒａｉｅ ． Ｔｈ ｕ ｒｃ ｌｒ— ｉ ｌｔ ｔｏ ｏ ａ ｅ ｏ ｈｅｅｔ ｅ ｂ ｓｃ ｌ ｄ ｏ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｒ ｎ ｎ ｅ ｒｐ ｉｉｎ ｄ ｂ ｌ ｕ ｙ ｔ ｍ ｒ ｅ ｌ ｄ ｏ ｚ ｅｎ ｍｅ ｉａ ｅ ｓ ｌｓｗｅ ｅｖ ｒｆ ｙｔ ｅｐｏ ｄ ｌｔｓ．Ｔｈ ｅ ｕｔ ｄｉａｅｔ ａ ：ｔ ｌｗ ａ ｔｒ ｈ ｅ ｎ ｕ ｌｔｃ ｎ ｕｔｏｆ ｈ ｒｎｔｐ ｓｔｏ ｅ ｕ ｂ ｕ ｔ ｒ ｅ ｉｉ ｂ ｈｅｈ ｌ ｆｍｏ ｅ ｅｔ ｄ ｅ ｅｒｓ ｌｓｉ ｃｔ ｈ ｔ ｈｅｆｏ ｐ ｔｅ ｉ ｔ ｅｉ ｔ ｄｏ ｔｅ ｏ ｄ ｉ ｅｆｏ ｏ ｉｉｎ ｄ ｂ ｌ ｎ ｎ ｎ ｎｌ ａ ｔ ｔ ｂ ｌｒｐ ｍｐ ｓ ｓｅ ｉ ｎ ｆｒ ａ ｄ ｓ ｏ ｈ ｙ ｎ ｈ ｏ ｄ ｉ ｈｙ ａ ｌｃｌ ｓｉ ｍａｌｒ ｕ ｕａ ｕ ｙ ｔｍ ｓｕ ｉｏ ｍ ｎ ｍｏ ｔ ｌ ，ａ ｄｔ ｅｃ ｎ ｕｔ ｄｒｕｉ ｏｓ ｓｓ ｌ ；Ｔｈｅｆｏ ｐ ｔｅ ｎ ｔ ｅｉ ｅ ｏ ｄ ｉ ｏ ｈ ｅ ｒｐ ｓ— ｅ ｌｗ ａ ｔｒ ｉ ｈ ｎｌｔｃ ｎ ｕｔ ｆｔ ｅ ｒａ ｏ ｉ ｎ ｔ ｎｅ ｕｂｔ ｂ ａ ｕ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｓｔ ｅｆｏ ｔｈ ｉ ｄ ｂ ｌ ｕ ｕｌｒｐ ｍｐｓ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ａ ｈ ｒｎ ｏｗｅ ｅ ．ｔ ｅ ｅｉ ｅｔ ｘａ ｅ ｉｔ ｎ ｆｏ ｉ ｈｅｏ ｔｅ ｏ ｄ ｉ ｆｒ ａ ｓｔｏ ｅ ｕｂｔ ｂｕ ｏ ｓ ｖ ｒ ｈ ｒ ｓｖ ｒｅ ｎｄｄ ｖａｉ ｌ ｗ ｔ ｕ ｌｔｃ ｎ ｕｔｏ ｅ ｒｐ ｉｉｎ ｄｂ ｌ ｕ — ｏ ｎ ｏ ｌｒｐ ｍｐｓ ｓｅ ，ａ ｄ ｔｅｃ ｎ ｕｉ ｈ ｄ ａ ｌ ｏ ｓｉ ａ ｇ ｒ ｔｉ ｏｎ ｉｔ ｎ ｔ ｈ ｙ ｒ ｕｉ ｓ ｅ ｉｌｐｉ ｃｐｅｔ ｏ ｉｉｎ ｔ ｅｂ ｌ ｎｆｏ ｔｏ ｈｅ ａ ｕ ｙ ｔｍ ｎ ｈ ｏ ｄ ｔ ｙ ｒ ｕｉ ｌｓ ｓｌｒ ｅ ；Ｉ ｓｃ ｓｓｅ ｔｗｉ ｔ ｅｈ ｄ ａ ｌ ｅ ｓｎｔ ｒｎ ｉｌ ｏｐ ｓｔ ｈ ｕｂ ｉ ｒｎ ｆ ｃ ｈ ｃ ａ ｏ ｔ
泵站出水流道基本流态研究
流 量 越 大，旋 涡 强 度 和 影 响范围也 越 大的 情况。而在这个 过 程中，出水流道的基本 流 态却没有出现实质性变化，如图1示。 2.2 直管式
直管式出水流道已经被广泛应用于国 内多种 泵 站中，其 断 流 方 法 一 般 为 液 压 控 制 的 快 速 闸门以 及 拍门。直管 式 出 水 流 道 形 状比 较 简单，在 施 工 的 过 程中 还 具 有比 较 便 利 的 特 点。而 且节 省了土 建 投 资 ，运 行比 较 稳定，启功的 扬 程 也比 较 低，如图 2 示。
泵站出水流道的设计与泵站进 水流道 的 设 计 都是 整 个 泵 站 设 计 过 程中十分重 要 的 组 成 部 分，设 计 的 结 果 会对企 业 的 社 会 效 益和 经 济 效 益 产 生 直 接 的 影 响。随 着 社 会 经 济 的 快 速 发 展以 及 科 学 技 术 的日益 进 步，这 些 工 程设 计必 须 跟 着 改 进 及 完善。
按 照 水平 线 与 水 泵 轴 线 之 间 的 夹 角以 及 对各种 水 泵 装 置 扬 程 的 适 应性 ，可以将 斜式出水 流 道分为15 °、3 0 °和 4 5 °三 种 型 式 ，通常会 和 斜式 轴 伸 泵 装 置 进 行 配 套 使 用。斜式 轴 伸泵 装 置早 在 2 0 世 纪 8 0 年 代 后期 开 始 就 在国内被 开发 应 用，通常 水 流 比 较 平 顺 ，转 弯角度 不大 ，在 低 扬 程 大 型 泵 站 中 会 比 较 常见 这 种出 水 流 道。斜式 出 水 流 道 直 接 相 接 于水 泵导 叶出口，其 流 道 形 态 和 直管式 的 差不多，其 断 面以圆 形 渐 渐 变 为 方
研究报告
科技创新导报 2014 NO.17
基于CFD的大型竖井式贯流泵装置的流动研究
进 、出水 流道顺 直 ，结 构简单 ，开挖深度 小 ，平面 尺寸小 ，工程投 资省 ，便 于管理 、维护 ，便 于实现
双向抽水 ；站身高度小 ，可不设厂房，在城区或风 景 区建 设有 利 于达 到美 化 环境 的 目的 川；在 水 力
的分布情况 『 砌 ９ 。 、
本文 结合 南 方 某 大 型 泵 站 的实 际工 程 ，运用
Ｃ Ｄ数值模 拟 ，基 于 三维湍 流 Ｎ ｖｅ— ｔｋｓ Ｆ ａｉ Ｓｏｅ 方程 、 ｒ ＳａａｔＡｌ ｒｓ 方 程 模 型 ，对 竖井 式 贯 流 泵 装 ｐｌ — ｌ ａ 单 ｒ ｍａ 置全 流道在不 同净 扬程时 的流场 进行模 拟 ，分 析扬 程 的变化对流道 内流态 的影响 ，总结流 体的 流动规 律 ，提 高对 竖井式 贯流泵 流场 的流动结构 机理 的认 识 ，为泵 站的结构设计 提供参 考 ，对 泵站 在不 同扬
泵站 的全流道进行 建模 ，将 数 值模拟研 究 的流体 区 域分 为进水流道 、出水流 道 ，以及 泵室段 内复杂 的
区域。叶轮与导叶的三 维立体结构 图如图 ２（ ， 三 ｂ ） 叶轮安装 ３ 叶片 ，叶轮外径 ２０ ｌ 个 ２０Ｆ ｉ ｍ，叶轮后 安 装６ 片弯曲形导叶。 由于计算 区域包含旋 转流 场 和非旋转 流场 ，所
２２ 数学模 型及 求解 ．
２２１ 数 学模 型 ．．
二 阶迎 风差分 格式 离散 。计算 中主要采 用残差 和 质
量 守恒 作为判 断收敛 的依 据 。
３ 计 算 及 分 析
对 ３个 工 况 点 ， 即最 大 净 扬 程 Ｈ ａ ２９ 、 ｍ＝ ．２ｉ ｘ ｎ
水平井井筒流态分析方法
水平井井筒流态分析方法水平井井筒流态分析方法是石油工程中用于判断井筒内流体运动状态的方法。
它基于流体力学原理和井筒流动方程，通过分析井筒内的流体速度和压力分布来评估井筒内流体的流态特性，为油井设计和生产提供依据。
本文将从流态分析的概念、方法流程和实际应用三个方面介绍水平井井筒流态分析方法。
一、流态分析的概念井筒内的流体运动状态可以分为静态流态和动态流态两种。
静态流态是指井筒内的流体速度较小，流体流动基本上是层流状态，它在生产中往往是理想的流态状态。
动态流态是指井筒内的流体速度较大，流体流动呈现出混杂、紊乱和非层流的特点，这种流态会对油井的生产效率和井筒的安全性产生负面影响。
流态的分析就是通过对井筒内流体速度和压力分布进行分析，判断井筒内流体的流态状态。
二、方法流程1. 收集井筒数据流态分析的第一步是收集井筒数据，包括井深、井筒直径、井筒壁面状况、井底流速等信息。
这些数据是进行流态分析的依据。
2. 建立流态模型根据收集到的井筒数据，建立流态模型。
流态模型可以采用数学或物理模型，通常采用二维或三维模型。
在建立模型时需要考虑井筒的几何形状、井筒壁面摩擦和液体在井筒中的流动特性等因素。
3. 求解流态方程根据流体力学原理，建立井筒流动的基本方程，包括连续性方程、动量方程和能量方程。
根据边界条件和初始条件，通过求解这些方程得到流态模型中的流体速度和压力分布。
4. 分析流态状态根据得到的流体速度和压力分布，判断井筒内的流体流动状态。
可以根据速度分布进行层流与紊流的分析，根据压力分布进行压降和液体分布的分析，进而判断井筒内的流态状态。
三、实际应用水平井井筒流态分析方法在油井设计和生产中有着重要的应用。
通过流态分析可以优化井筒结构和生产参数，提高油井的生产效率。
流态分析也可以帮助评估井筒内流体的流动特性，提前判断井筒存在的问题，为井筒的安全性评估和油井的管理提供依据。
前_后置竖井贯流泵装置基本流态分析
2010年9月农业机械学报第41卷增刊DO I:10.3969/j.issn.100021298.2010.Supp.007前、后置竖井贯流泵装置基本流态分析3刘 君1 郑 源2 周大庆1 茅媛婷1 张丽敏2(1.河海大学水利水电学院,南京210098;2.河海大学能源与电气学院,南京210098) 【摘要】 利用数值模拟软件Fluent612对雷诺时均N2S方程进行离散,采用S2A单方程模型和SI M P LEC算法对前置竖井和后置竖井贯流泵装置在50%～120%设计额定流量等共16种工况进行了数值计算,并与换算成原型尺寸后的模型试验结果进行了对比,发现性能变化趋势吻合较好,在相同流量下数值计算值与试验值效率误差均在±5%以内。
分别对前、后置竖井贯流泵装置的进水流道、泵室段和出水流道在设计流量工况下的基本流态进行了分析和对比,探讨了水力损失的原因。
结果表明,前置竖井贯流泵装置的进、出水流态都比较好,而后置竖井贯流泵装置的进水流态均匀平顺,但出水流道的流态比较混乱,水力损失相对较大,装置效率低于前置竖井贯流泵装置;导叶和竖井是影响出水流道流态和装置效率的关键因素,在导叶环量和竖井的影响下极易产生脱流和漩涡。
关键词:竖井贯流泵 流态 数值模拟 分析中图分类号:T V13114;TH312文献标识码:A文章编号:100021298(2010)S020032207Ana lysis of Ba si c Flow Pa ttern i n Shaft Fron t2positi oned andShaft Rear2positi oned Tubul ar Pum p System sL iu Jun1 Zheng Yuan2 Zhou Daqing1 Mao Yuanting1 Zhang L i m in2(1.School of W ater Conservancy and Hydropo w er Engineering,Hohai U niversity,N anjing210098,China2.College of Energy and Electrical,Hohai U niversity,N anjing210098,China)AbstractNu merical calculati on was perf or med with16different conditi ons fr om50%～120%of the design fl ow in shaft fr ont2positi oned and shaft rear2positi oned tubular pu mp syste m s by using s oft w are Fluent612.The Reynolds2averaged Navier2St okes equati ons were discretized and s olved with Spalart2A ll m aras turbulence model and SI M P LEC algorithm.The results of numerical si m ulati on were compared with model test data which was converted int o the p r ot otype size,and the result of the comparis on showed that the tendency of perf or mance change is in good agreement,the efficiency err or bet w een calculati on data and model data is±5%under the conditi on of the sa me fl o w.The basic fl ow pattern of inlet conduit,pump cha mber and outlet conduit was analyzed and compared,and the reas on f or hydraulic l oss was investigated.The results indicated that the fl ow pattern in the inlet and outlet conduit of the shaft fr ont2 positi oned tubular pump syste m was good,and that the fl ow pattern in the inlet conduit of the shaft rear2 positi oned tubular pump was unifor m and s mooth.However,the fl ow pattern in the outlet conduit was in dis order.The hydraulic l oss was relatively large,and the efficiency was l ower;guide vane and shaft are the critical fact ors t o affect the fl ow pattern of outlet conduit and arrange ment efficiency,stall and vortexes are easily appeared under the influence of guide vane circulati on and shaft.Key words Shaft tubular pu mp,Fl ow pattern,Numerical si m ulati on,Analysis收稿日期:2010207201 修回日期:20102072223“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006BAB04A03)作者简介:刘君,硕士生,主要从事流体机械及水利水电技术研究,E2mail:liujunrr@ 引言竖井贯流泵装置将电机、轴承及齿轮箱等设备安装在钢筋混凝土竖井内,竖井的结构比较简单、传力路径明确,而且竖井是开敞的,通风采光防潮条件良好,与其他贯流泵型式相比具有结构简单、工程投资省以及便于管理维护等优点,是一种新型的低扬程水泵装置型式[1]。
浅谈竖井贯流泵安装及质量控制措施
浅谈竖井贯流泵泵组安装施工工艺技术陈竖鸿广东省水利水电第三工程局广东东莞523710摘要：竖井贯流泵采用卧式高速电机通过齿轮减速箱驱动，水流先通过竖井流道,再经过转轮和导叶体，其中电机与齿轮减速箱安装在进水流道中间的竖井内。
作为一种新的低扬程水泵装置形式,具有结构简单、工程投资省、便于管理维护等优点,目前正在推广使用。
关键词：竖井贯流泵；安装施工；质量控制1 工程概况某泵站更新改造工程包括扩建排涝站、重建泵站及其配套设施两部分。
该排涝站位于该河河口，大堤桩号11+200附近，两泵站之间相距约7km。
泵站更新改造工程任务以排涝为主，兼顾农田、鱼塘生产用水和改善水环境.该河排涝站为II等大(2)型工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。
竖井贯流泵采用卧式高速电机通过齿轮减速箱驱动，水流先通过竖井流道，再经过转轮和导叶体，其中电机与齿轮减速箱安装在进水流道中间的竖井内。
该泵站安装3台3300ZGB36—3型竖井贯流泵,设计扬程3。
0m，单机流量36m3/s，额定转速115.9r/min。
配套异步电机为YKS800-8 功率2100kW，总装机容量为6300kW。
电动机电压等级均为10kV，转速742r/min，电动机与水泵之间通过齿轮减速箱传动,减速箱实际传动比为i=6.41。
泵站电源侧采取10kV双回路直配供电的方式，泵站设计算机监控系统。
2 竖井贯流泵泵组安装施工工艺技术探讨2。
1 泵组安装施工工艺技术2.1.1 施工准备施工人员在开工前，首先需认真仔细研读施工图纸及有关技术文件,熟悉各项相关技术规程、规范，设备到达施工现场后,须会同指挥部、监理、厂家代表等有关部门一起进行开箱检查，按到货清单清点设备及技术文件资料等数量是否齐全,检查设备外观是否良好,并做好开箱检查记录，如发现设备外观、数量等有异常或与要求不对时，须及时向项目管理部和厂家代表报告，并采取相应措施及时处理。
设备开箱检查后，应按用途标记分类，妥善保管.准备好施工设备、机具等.2.1。
泵站出水流道基本流态分析
泵站出水流道基本流态分析摘要为了改进泵站出水流道的水力设计方法，采用三维紊流数值模拟的方法，模拟了虹吸式、直管式和斜式三种型式出水流道内的流动形态；发现出水流道平面方向上的扩散情况较好，而立面方向在出口断面附近则不同程度地存在着旋涡，该旋涡对流道出口断面的流速分布有很明显的影响；提出在流道设计时应最大限度地利用流道宽度方向的扩散，以免出口断面的有效面积过多地被旋涡挤占。
关键词泵站出水流道流态近十几年来，我国对水泵装置作了大量的研究工作，特别是对低扬程轴流泵水力模型和进水流道优化水力设计的研究已取得很多进展，有许多成果已经在泵站工程中得到成功的应用。
由于种种原因，人们对进水流道内的流态比较注意、比较了解，而对出水流道内的流态则缺乏较为深入的了解。
在过去相当长的一段时期内，只做过一些关于出水流道水力损失方面的试验研究。
出水流道是水泵装置的一个重要组成部分，对水泵装置的性能有非常明显的影响。
出水流道的水力设计至今仍建立在传统的一维流动理论的基础上，这种理论与出水流道实际的三维流动情况出入很大。
近些年来，人们对出水流道在水泵装置，尤其是在低扬程水泵装置中的作用，已经有了愈来愈清楚的认识，提出了重视研究出水流道水力设计理论和方法的要求。
1997年9月1日颁布实施的国家标准《泵站设计规范》所规定：“出水流道布置对泵站的装置效率影响很大，因此流道的型线变化应比较均匀”[1]。
流道的外特性是由其内特性决定的，对流道内特性的认识应是更为本质的认识。
本文采用三维紊流数值模拟的方法，对虹吸式、直管式和斜式出水流道内的基本流态进行了初步的分析计算，力图揭示这三种形式出水流道内的三维流动形态，为认识和解决各类有关出水流道的水力学问题奠定必要的基础。
1 出水流道流动模拟的数学模型泵站出水流道三维流动模拟采用了雷诺平均N-S方程，并以标准κ-ε紊流模型使方程组闭合。
选用这种模型的原因，是因为试验证明，标准κ-ε紊流模型对三维流动是非常适用的。
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2010年9月农业机械学报第41卷增刊DO I:10.3969/.j issn.1000 1298.2010.Supp.007前、后置竖井贯流泵装置基本流态分析*刘 君1 郑 源2 周大庆1 茅媛婷1 张丽敏2(1.河海大学水利水电学院,南京210098;2.河海大学能源与电气学院,南京210098)摘要 利用数值模拟软件F luent6 2对雷诺时均N S方程进行离散,采用S A单方程模型和S I M PLEC算法对前置竖井和后置竖井贯流泵装置在50%~120%设计额定流量等共16种工况进行了数值计算,并与换算成原型尺寸后的模型试验结果进行了对比,发现性能变化趋势吻合较好,在相同流量下数值计算值与试验值效率误差均在!5%以内。
分别对前、后置竖井贯流泵装置的进水流道、泵室段和出水流道在设计流量工况下的基本流态进行了分析和对比,探讨了水力损失的原因。
结果表明,前置竖井贯流泵装置的进、出水流态都比较好,而后置竖井贯流泵装置的进水流态均匀平顺,但出水流道的流态比较混乱,水力损失相对较大,装置效率低于前置竖井贯流泵装置;导叶和竖井是影响出水流道流态和装置效率的关键因素,在导叶环量和竖井的影响下极易产生脱流和漩涡。
关键词:竖井贯流泵 流态 数值模拟 分析中图分类号:TV131 4;TH312文献标识码:A文章编号:1000 1298(2010)S0 0032 07Anal ysis of Basic F l ow Pattern i n Shaft Front positioned andShaft R ear positi oned Tubul ar Pu mp Syste m sLiu Jun1 Zheng Yuan2 Zhou Daq i n g1 M ao Yuanting1 Zhang L i m in2(1.School of W ater Conservancy and H ydrop o w er Eng ineering,H ohai Univers it y,N anjing210098,China2.Co llege of Energy and E lectrical,H ohai U ni ver sity,N anj i ng210098,China)Abst ractNum erical ca lculati o n w as perfo r m ed w ith16different conditi o ns fro m50%~120%of the design fl o w i n shaft front positioned and shaft rear positioned tubu lar pum p syste m s by usi n g soft w are F l u ent6 2.The Reyno lds averaged N av ier Stokes equati o ns w ere d iscretized and so l v ed w ith Spalart A ll m aras turbulence m ode l and S I M PLEC algorith m.The results of nu m erical si m u l a ti o n w ere co m pared w ith mode l test data w hich w as converted i n to the pr o totype size,and the resu lt o f the co mparison show ed that the tendency of perfor m ance change is in good agree m en,t the effic i e ncy error bet w een calcu lation data and m odel data is!5%under t h e cond ition o f the sa m e flo w.The basic flo w pattern of inlet condu i,t pu m p cha m ber and outlet conduit w as analyzed and co m pared,and the reason for hydrau lic l o ss w asi n vesti g ated.The results i n d icated that t h e flo w patter n i n the inlet and outlet condu it of the shaft frontpositioned tubular pu m p syste m w as good,and that the flo w patter n in the i n let conduit o f the shaft rear positioned tubular pump w as unifor m and s m ooth.H o w ever,the flo w pattern i n the outlet conduitw as i n disor der.The hydrau lic l o ss w as relati v ely l a rge,and the e fficiency w as l o w er;guide vane and sha ft are the critical factors to affect the flo w pa tter n of outlet condu it and arrange m ent effic iency,stall and vortexes are easily appeared under the i n fluence of gu i d e vane circulation and shaf.tK ey w ords Shaft tubular pum p,Flo w pattern,Num erical si m ulation,Analysis收稿日期:2010 07 01 修回日期:2010 07 22*∀十一五#国家科技支撑计划资助项目(2006BAB04A03)作者简介:刘君,硕士生,主要从事流体机械及水利水电技术研究,E m ai:l li u j unrr@qq.co m引言竖井贯流泵装置将电机、轴承及齿轮箱等设备安装在钢筋混凝土竖井内,竖井的结构比较简单、传力路径明确,而且竖井是开敞的,通风采光防潮条件良好,与其他贯流泵型式相比具有结构简单、工程投资省以及便于管理维护等优点,是一种新型的低扬程水泵装置型式[1]。
竖井贯流式水轮机应用于低水头水力发电工程已有较成熟的经验,但竖井贯流式泵站应用起步较晚,近年来为了适应平原地区低扬程排灌工程发展的需要,竖井贯流泵装置型式受到越来越多的重视[2]。
目前前置竖井贯流泵装置和双向竖井贯流泵装置已经在一些大中型泵站中得到了应用,对其研究大多集中在设备选型和模型试验方面,如江苏大学的关醒凡等人按照流体力学相似原理建立了某双向竖井贯流泵站流道的装置模型,并进行了试验[3];扬州大学的陈松山等人对椭圆型线前置竖井贯流进水流道内的流动进行了三维数值计算[4];河海大学的郑源等人结合江苏某竖井贯流式泵站,通过模型试验的方法研究了两种不同转轮在相同进、出水流道情况下的能量特性等[2]。
但是在优化水力设计等方面仍然存在一些待解决的重要问题,例如竖井可以布置在进水流道(前置竖井),也可以布置在出水流道(后置竖井),而这两种布置方式将对水泵装置的流态及水力性能产生不同的影响。
基本流态是水泵装置最本质的属性,水泵装置的水力性能与其密切相关[5]。
本文在这种背景下,结合太湖地区某大型竖井贯流泵装置的初步设计方案,分别建立前置竖井和后置竖井贯流泵装置几何型体数学模型,对竖井贯流泵装置两种布置方式的过流全通道进行流场数值计算,并通过模型试验的方法验证数值计算的准确性,最后对这两种装置在设计流量工况下的基本流态进行对比分析。
1 泵装置数值计算该泵站为特低扬程单向泵站,站内安装3套竖井贯流机组,水泵与电动机通过齿轮箱联接,单泵设计流量为17 24m3/s,转速n为125r/m i n,叶轮直径D为2 45m(nD值为306 25),前、后置装置均选用J GM 3转轮模型。
设计净扬程1 47m,最高净扬程2 11m,最低净扬程0 4m,其中加拦污栅水头损失0 2m。
该站初步设计方案的前、后置竖井贯流泵装置水平剖面如图1所示。
1 1 数值计算方法数值模拟采用三维定常不可压雷诺时均N S方图1 前、后置竖井贯流泵装置水平剖面图F ig.1 Sketch o f shaft fron t positioned and shaftrear positi oned t ubu l ar pu m p syste m s(a)前置竖井装置 (b)后置竖井装置程和Spalart A ll m aras单方程模型。
Spalart A ll m aras 模型是专门用于求解航空领域的壁面限制流动,对于受逆压梯度作用的边界层流动,已取得很好的效果,在流体机械中的应用也越来越普遍[6]。
利用SI M PLEC算法实现压力和速度的耦合;使用有限体积法进行离散,压力项采用了二阶中心差分格式,速度项、湍动能项和湍动能粘度系数项采用了二阶迎风差分格式[7~8]。
1 2 边界条件由于水泵装置的设计流量为定值,且进口面为一垂直于水流方向的断面,因此在计算域的进口,速度为均匀连续的边界条件;在计算域的出口,流动是充分发展的,采用自由出流边界条件;固壁边界为绝热无滑移边界条件;叶轮为转动边界;在临近固壁的区域,使用对数式壁面函数法处理[9]。
1 3 数值计算结果利用CFD Fluent6 2数值模拟软件分别对前、后置竖井贯流泵装置进行了数值模拟计算,计算选取50%~120%设计额定流量Q d等共16种工况,最后得到了各种工况下的扬程和效率。
计算结果同换算成原型泵数据后的试验结果对比如表1所示。
将数值模拟结果和试验结果绘制成装置原型性能曲线,如图2所示。
经分析比较发现,通过数值模拟预测得到的扬程和效率与试验结果有一定的偏差,但是在相同流量下数值计算值与试验值的误差均在最大允许误差范围!5%内;预测的流量 效率曲线和流量 净扬程曲线的变化趋势都与模型试验的相应曲线分布相吻合;在设计工况流量Q d= 17 24m3/s附近时计算效率与模型试验结果较为接近,此时前置竖井贯流泵装置效率误差为1 94%,后置竖井贯流泵装置效率误差为2 74%。