導(dǎo)流墩布置形式對(duì)泵站前池流態(tài)影響分析

摘要：泵站前池由于連接著引渠與水泵進(jìn)出口，它是泵站建筑物的十分重要組成部分，與泵站引水明渠水流態(tài)息息相關(guān)。本文針對(duì)泵站前池內(nèi)的流動(dòng)特點(diǎn)，在分析不同湍流模型，并與試驗(yàn)結(jié)果比較的基礎(chǔ)上，確定以Realizablek-ε模型作為預(yù)測(cè)前池漩渦產(chǎn)生與發(fā)展及其相應(yīng)渦量分布的手段，通過(guò)多組數(shù)值參數(shù)，確定了導(dǎo)流墩消渦、確保水流平穩(wěn)最合理的布置方案。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)流墩;布置形式;對(duì)泵站;前池流態(tài);影響

中圖分類號(hào)：TV135

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

泵站前池連接著引渠與水泵進(jìn)出口，它是泵站建筑物的十分重要組成構(gòu)建，然而，本工程泵站前池往往有漩渦、回流，這極易誘一、二、三、四、五、六、七、八發(fā)機(jī)組異常振動(dòng)，降低一、二、三、四、五、六、七、八水泵效率。所以，對(duì)泵站流道，特別是對(duì)泵站前池流態(tài)合理設(shè)置導(dǎo)流墩，不僅對(duì)提高泵站進(jìn)口處的流態(tài)著非凡的意義，而且對(duì)泵站的高效運(yùn)行至關(guān)重要.本文針對(duì)泵站前池內(nèi)的流動(dòng)特點(diǎn)，在分析不同湍流模型，并與試驗(yàn)結(jié)果比較的基礎(chǔ)上，確定以Realizablek-ε模型作為預(yù)測(cè)前池漩渦產(chǎn)生與發(fā)展及其相應(yīng)渦量分布的手段，通過(guò)多組數(shù)值參數(shù)，確定了導(dǎo)流墩消渦、確保水流平穩(wěn)最合理的布置方案。

1工程項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某泵站，有一、二、三、四、五、六、七、八水泵機(jī)，其中有兩臺(tái)是備用機(jī).泵站總設(shè)計(jì)流量每秒85m3，單泵設(shè)計(jì)流量為15m3/S，泵站進(jìn)水池最低水位、最高水位設(shè)計(jì)水位為、停機(jī)水位分別為9.5m、11m、10.5m、9.3m.泵站已經(jīng)建成的引水明渠、進(jìn)水前池及進(jìn)水流道的布置如下：該泵站進(jìn)水前池上游38m處的引水明渠存在一段范圍很廣的彎道，導(dǎo)致引水明渠出口左右兩側(cè)存在著較大的速度差，水流動(dòng)力軸線也存在著空間的差異，這使得泵站前池出現(xiàn)了漩渦，致使水泵機(jī)組的振動(dòng)不合理.為了消除旋渦，需要進(jìn)行導(dǎo)流墩方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出導(dǎo)流墩消渦最佳布置方案正待解決。原方案是設(shè)置2個(gè)底寬720Cm、高195cm的導(dǎo)流墩在渡槽的兩個(gè)橋墩的上游。

2模擬分析

2.1改良策略以前模擬分析

為了研究改良策略以前泵站前池流態(tài)，通過(guò)對(duì)泵站前池流態(tài)穩(wěn)定較有利的工況，即采用大流量及機(jī)組集中二、三、四、五、六、七號(hào)水泵，在平面圖10.84H截面局部放大圖中能夠很容易看到，二號(hào)和三號(hào)水泵之前的前池內(nèi)處理下2個(gè)較大的漩渦，對(duì)引發(fā)水泵機(jī)組的異常振動(dòng)，所以，需要想辦法消除漩渦。

策略一：

（a）布置形式

策略一拆除引水明渠出口渡槽前原有的2個(gè)三角墩，然后將一個(gè)等腰直角三角形墩（底寬640cm）設(shè)置在引水明渠出口漸變段的進(jìn)口處，渡槽后的前池進(jìn)口設(shè)置兩排等腰直角三角墩，第一排分別設(shè)置底寬720cm、高850cm，2個(gè)底寬640cm，高850cm的3個(gè)等腰直角三角墩，第二排分別設(shè)置2個(gè)底寬500cm、高850Cm等腰直角三角墩，對(duì)墩頂高程設(shè)置850cm，是基于低水位工況對(duì)水流的干擾太大的考慮。

（b）數(shù)值模擬結(jié)果分析

開啟二、三、四、五、六、七號(hào)水泵，當(dāng)水流在最高水位時(shí)，明渠出口水流在6個(gè)導(dǎo)流三角墩的作用下，已比改良策略以前均勻和順暢地進(jìn)入進(jìn)水前池，但在四號(hào)和五號(hào)機(jī)組流道位置前區(qū)域，呈現(xiàn)出水流進(jìn)入進(jìn)水池的流速不一致現(xiàn)象以及有較大的流動(dòng)不順暢區(qū)域，因此，策略1無(wú)法完全到達(dá)泵站前進(jìn)口池內(nèi)無(wú)旋渦、水流順暢、流道分布均勻的要求。因此，必須采取措施消除四、五號(hào)水泵旋渦，并使、水流順暢、流道分布均勻。

策略二：

（a）布置形式

策略二是在改良策略前的前提下，在引水明渠出口渡槽后的前池進(jìn)口設(shè)置4個(gè)等腰直角三角形墩并放置一排，右側(cè)兩個(gè)直角三角形墩為底寬720cm，高程為925cm，左側(cè)同樣設(shè)置兩個(gè)直角三角形墩，一個(gè)底寬為560cm、高程為925cm，另一個(gè)為640cm，高程為925cm。

（b）數(shù)值模擬結(jié)果分析

對(duì)設(shè)計(jì)水位10.5m下，策略二開一、二、三、四、五、六號(hào)機(jī)組流態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算研究，泵站采用機(jī)組集中歸邊開啟的方式（開一、二、三、四、五、六號(hào)機(jī)或開三、四、五、六、七、八號(hào)機(jī)），泵站進(jìn)水前池的流態(tài)比中間集中開啟的方式（開二、三、四、五、六、七號(hào)）差，尤其是在0.57截面，由于七號(hào)、八號(hào)機(jī)組關(guān)閉，水流行進(jìn)至七號(hào)、八號(hào)流道進(jìn)口前以一定的橫向流速進(jìn)入二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)流道，受繞流流態(tài)的影響，在五號(hào)、六號(hào)流道前，水流較為不順暢、流道較為分布不均勻，仍然不完全達(dá)到規(guī)范要求，還需要想辦法進(jìn)一步整流。

策略三：

（a）布置形式

策略三是在策略二基礎(chǔ)上研究出的，即依舊沿用策略二引水明渠出口槽前的2個(gè)等腰直角三角墩，在渡槽中心線后llm處靠右側(cè)設(shè)三角形墩，該三角形墩尺寸為一個(gè)底寬560cm、高程為925cm。在渡槽中心線后22米處設(shè)置一排4個(gè)底寬560cm、高程為925cm等腰直角三角墩，在渡槽中心線后29m處設(shè)置第三排等腰直角三角墩，該排的三角形墩尺寸統(tǒng)一為底寬560cm、高程為925cm，并在這排的三角墩的左下側(cè)布置尺寸底寬280cm、高程為450cm三角墩。

（b）數(shù)值模擬結(jié)果分析

策略3下，開啟一、二、三、四、五、六號(hào)水泵，在泵站進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位時(shí)，0.86H截面處的流速分布平面圖能夠很容易看出，此處截面水流無(wú)旋渦，并且水流平穩(wěn)，然而，在0.57H截面，主流左處稍微還有旋渦現(xiàn)象，主流右處稍微還有旋渦現(xiàn)象，可見(jiàn)，策略3下不良流態(tài)需要盡量防止或減少.所以，在策略3的基礎(chǔ)上，進(jìn)行完善，設(shè)計(jì)了策略四.

策略四：

（a）布置形式

為破壞策略3下泵站前池流場(chǎng)左邊的不良流態(tài)以及右邊不良流態(tài)，在不良流態(tài)附近各增加一個(gè)三角墩，改三角墩尺寸為個(gè)底寬400cm、高為925cm，以此進(jìn)一步消耗漩渦能量。

（b）數(shù)值模擬結(jié)果分析

策略4下，開啟一、二、三、四、五、六號(hào)泵，在0.57H截面主流上的不存在不良流態(tài)，所以，策略4是一種較好的三角墩布置方案。

3結(jié)語(yǔ)

泵站前池由于連接著引渠與水泵進(jìn)出口，與泵站引水明渠水流態(tài)息息相關(guān)，通過(guò)大量CFD仿真模擬研究，確定策略4為最佳的整流方案，該方法是導(dǎo)流墩消渦、確保水流平穩(wěn)最合理的布置方案。

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作者簡(jiǎn)介：周子典（1999-），江蘇省宿遷市，本科，就讀于揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，研究方向：水利水電工程。