肘形进水流道优化水力设计研究

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1、第1期（总第183期）No.1(SerialNo.183)2016年2月CHINAMUNICIPALENGINEERINGFeb.2016DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2016.01.016肘形进水流道优化水力设计研究朱峰雷（上海市城市建设设计研究总院，上海200125）摘要：进水流道的主要作用是调整水流流态，为水泵的叶轮室进口提供良好的水力条件。如果进水流道内流态不良，有可能产生脱流、漩涡等现象，使得水泵叶片压力分布不均匀，从而导致水泵的效率降低、水力损失增加，更有甚者水泵产生汽蚀，引起泵站的振动，威胁泵站的安全运行。采用数值模拟方法，分析水泵

2、叶轮、进水流道隔墩以及进水流道几何参数对流道水力性能的影响。关键词：数值模拟；肘形进水流道；隔墩；肘形流道几何参数中图分类号：TV675文献标志码：A文章编号：1004-4655（2016）01-0050-03进水流道的作用是为了使水流在由前池进入水叶轮中心线泵叶轮室的过程中更好地转向和加速，满足水泵叶wBkHβH轮室进口所要求的水力设计条件。进水流道设计应XL满足以下要求：在水泵的各种工况下，进水流道内a）肘形进水流道纵断面型线图b）肘形进水流道平面型线图无漩涡、涡带等不良流态；进水流道出口断面处流速尽可能分布均匀，流向尽可能垂直于出口断面；进水流道的水力损失尽可能小；进

3、水流道的长度、高度和宽度等尺寸控制合理。1建模1.1实体建模c）泵装置三维透视图本文三维数值模型包括肘形进水流道、流道进图1肘形进水流道型线图及装置三维透视图口段、叶轮室以及流道出口直管段。根据肘形进水流道运行条件及前人的研究成本文主要研究肘形进水流道内的水力性能，没果[1]，数值模拟计算时通常将流道设置为淹没进有设置专门的出水流道，只在叶轮出口设置一段出流，接近泵站正常运行。同时前池水位变化只影口直段，不讨论出水流道内的流场。表1为模型几响流道入口处水流的分布情况，对水泵叶轮室进何尺寸参数表，其中叶轮直径D为300mm，文献[1]口水流没有影响，叶轮室进口水流受流道弯曲段

4、推荐出口锥角为0°，图1为肘形进水流道型线图的影响较大[2]。及装置三维透视图。本文在计算时考虑前池水位比流道进口高表1模型几何尺寸参数表0.5m。Hw/DB/DXL/DHk/Dβ/（°）1.2模型网格划分1.52.53.60.90注：Hw为流道名义高度，mm；B为流道进口宽度，mm；XL为流道长度，对肘形进水流道及流道进、出段采用结构化网mm；Hk为喉管高度，mm；β为流道底边线倾角（°）格划分，保证计算精度，叶轮、进出水管道网格密度适中。收稿日期：2015-06-242叶轮对流道水力性能的影响作者简介：朱峰雷（1989—），男，助理工程师，硕士，主要从事水利工程结构设计

5、。为了说明肘形进水流道叶轮进口水流是否受叶50朱峰雷：肘形进水流道优化水力设计研究2016年第1期轮旋转的影响，本文针对图2中的5个断面，计算与流道长度的比值λ分别为0、0.3、0.5、0.8，计不带叶轮时各个断面的流速分布均匀度和速度加权算结果见表3。平均角，分析与带叶轮时的差异（见表2）。5432隔墩长度1图2叶轮进口处断面示意图图3加隔墩后流道型线图表2有、无叶轮各断面计算结果汇总表表3带隔墩计算时肘形进水流道数值计算结果断面流速分布均匀度/%速度加权平均角/（°）流道水力损失/m隔墩长度与流道长度流速分布速度加权流道水力编号有叶轮无叶轮有叶轮无叶轮有叶轮无叶轮的比值

6、λ均匀度/%平均角/（°）损失/m176.08074.91072.33073.7700.00090.07083.6600.185272.35071.80071.19072.2600.30090.17083.7100.189391.68092.73077.16078.1000.1850.1890.50090.34083.8200.191490.92092.15081.59082.6400.80090.11083.4500.203590.07092.22083.66084.610由表3可知，随着隔墩长度的增加，叶轮进口由表2的计算结果可知，不带叶轮计算时5-5断面流速分布均匀度

7、、速度加权平均角均先增加后断面的流速分布均匀度为92.22%，速度加权平均角减小，流道水力损失随着隔墩长度的增加而增加。度为84.61°；带叶轮计算时5-5断面的流速分布均在肘形进水流道内加入隔墩后对流道的水力性匀度为90.07%，速度加权平均角为83.66°，与不能产生一定的影响，当隔墩过长（λ=0.8）时，直带叶轮相比分别相差2.15%和0.95°。流道水力损线段的过流面积不断减小，流速加大，使得流道的失在带叶轮计算的情况下略小，是由于叶轮旋转引[3]水力损失迅速上升，隔墩过长还影响弯曲段内的水起的水流预旋增加