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《泵站出水流道标准化设计与模型水力损失试验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、泵站出水流道标准化设计与模型水力损失试验?42?小兼柱采2007年第2期泵站出水流道标准化设计与模型水力损失试验陈松山何钟宁周正富潘光星严登丰(扬州大学能源与动力工程学院;扬州225009)摘要:设计和制作了大型低扬程泵站常见的虹吸式,直管式和钟形三种标准化模型出水流道.构建了模型试验装置和测试系统,对三种模型出水流道的水力损失特性进行了测试比较,观测了各流道内流态.试验结果表明,虹吸式出水流道局部阻力系数(=0.7o.8)较直管式(=0.55一o.6)和钟形(=o.6左右)大,而直管式和钟形局部阻力系数较接近.流态观测结
2、果表明,虹吸式与直管式流道内水流平顺,而钟形出水流道出水流呈现螺旋运动,湍动明显.关键词:泵站出水流道模型水力损失试验研究随着我国南水北调东线工程的开工建设,以及经济发达地区农业灌溉排涝及城市防洪工程规划的实施建设,已建或即将建设一大批低扬程大型泵站.出水流道作为低扬程泵站过流构筑物的重要组成部分,其水力损失占泵装置总水力损失的比例较大,因此,研究比较不同形式出水流道的水力损失对泵站工程建设具有重要现实意义.目前,CFD(计算流体力学)技术在泵站流道内流场数值模拟中得到了广泛应用n^33.此一模拟结果对流道形线的合理设汁具
3、有一定的指导作用,但诸多研究结果表明,出水流道水力损失计算结果常与实测存在较大差异],且数值模拟结果也须由试验验证.因此,流道水力损失的基础性测试比较显得尤为重要.为此,设计和制作了虹吸式,直管式和钟形三种模型出水流道,分别测试其水力损失并观测了流态.笔者希望该研究能为低扬程泵站流道优化设计提供一些基本试验依据.计6】l模型出水流道形线标准化设1.1虹吸式和直管式流道设计虹吸式出水流道由异形弯管段,上升段,驼峰段,下降段和出口段组成,如图1所示.若已知叶轮直径D,导叶体出口直径,导叶扩散角0,叶轮中心至导叶出口的距离及泵站
4、上下游特征水位等基本参数,并建立如图1所示直角坐标系.标准化设计中,可假设虹吸式(或直管式)流道异型弯管段内圆弧圆心0.位于导叶体出口水平面上,并选取内圆弧半径r,那么内圆弧圆心0-坐标为(.+Do/2,0),其中.=r(COS0+sin0tg0).过内圆弧圆心0,以r为半径,作内圆弧与导叶体扩散段直线相切,交于点,过点作水平线,与导叶体扩散段直线交于点,再过点作垂直于导叶体扩散直线的0:K2,并使0:K2=R,其中JR为外圆弧半径,以0:为圆心,作外圆弧.对于上升段,先选取图1虹吸式出水流道设计示意图(a)纵剖面图(b)
5、平面图2007年第2期小番柱木?43?,,,其中直管式流道=,,再分别作直线与内外圆弧相切于A.,厶点.驼峰段则是先由出水池最高水位加上安全超高后确定出驼峰顶高程所在的水平线,选取驼峰内圆弧半径飓,则可作与上升段直线()和驼峰顶高程所在水平线相切的内圆弧,再按照越峰流速确定驼峰顶断面高度h,那么由驼峰顶点高程加h即可得点,选取驼峰外圆弧半径,可作过点并与上升段直线(,)相切的外圆弧.下降段设计时,选取和,,作直线与驼峰内外圆弧相切于,.出口段设计,先由上游最低运行水位减去出口最小淹没深度确定出流道出口顶部位置,再根据出口断
6、面流速的要求计算出流道出口高度,用流道出口顶板高程减去流道出口高度可(a)虹吸式(b)直管式图2虹吸式,直管式模型出水流道型线和尺寸(单位:mm)得流道出口底板高程,分别选取半径Rs,风,分别作圆弧与下降段与流道出口顶板及底板相切.至此,完成了流道纵剖面形线设计.关于异形弯管段和上升段过渡圆弧半径的确定.先绘出流道的中心线,再过_1,Cl点作垂直于流道中心线的直线与上升段直线()交于A:,Cz,假设AA:断面过渡圆弧半径为,连内圆弧圆心0,与.一断面中点k为0,k,连0与任意断面中点(设为i)为0,i.设0,与0k之问夹角
7、为Y,0t口与0.k之间夹角为Y,则异形弯管段任意断面过渡圆半径ri可取随Yi值直线变化,表达为ri=rk一[rk—r)(Yi—Y)]/(Y.一Y).上升段过渡圆弧半径由A,A:断面的半径直线变化至C断面.弯管段断面宽度由一断面直径Dt变至A,:断面宽度执,如设定值,则～与A,一A:问任意断面的宽度可取随夹角Y值直线变化,即i=D,+l(一D,)(Yi—yk)j/(一).上升段宽度由AA:断面的宽度直线变化至C.C:断面宽度,=(2～2.5)D,CC2断面之后为等宽.设计的试验模型流道的进口直径为D=150ram,K1一K
8、2断面直径Dl=160mm,其它尺寸如图2所示,透明有机玻璃模型流道,见图4(a),(b).1.2钟形出水流道设计3钟形出水流道由出水喇叭,蜗壳及出水扩散段组成.标准化设计中,先确定喇叭口出口直径Dt和高度hl,D1一(1.1～1.4)D0,l(0.3—0.4)Do,喇叭段高度(h)大,利于水流扩散充分
