1、1泵站肘形流道进口断面流态的数值模拟摘要：肘形流道是多种进水流道形式之一，本文采用三维定常 RANS方程和重整化群（RNG）紊流模型对肘形流道的进口速度场进行了数值模拟，模拟结果与实验值吻合一致，验证了模型的正确性。结果表明肘形流道具有较好的整流效果。 关键词：泵站肘形 进水流道数值模拟整流 中图分类号：TV675 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 进水流道是大型水泵装置的一个重要组成部分，是泵站前池和叶轮室之间的过渡段，承担着水泵进口流畅的整流作用，使水流更好的转向和加速，尽量满足水泵叶轮室进口所要求的水力设计条件。我国科研人员曾通过试验或数值模拟等手段对泵站的进、出水流道进行过研究,
2、先进的 PIV 测试技术及多种流体计算软件在这些研究中得以广泛应用。汤方平等通过有关试验证明: 进水流道可对水泵性能产生影响, 从而改变水泵的扬程、效率等外特性1-2 。进水池的流态对水泵进口断面的流场有很大的影响, 在其中设置底坎、隔墩等装置能收到较好的整流效果3。肘形流道是多种进水流道重要形式之一，因水泵叶轮进口断面的流态直接关系着水泵叶片能量的发挥，对泵段性能有重要的影响，因此有2必要对其进口速度场进行分析模拟。 1 模型的建立 1.1 物理模型 研究对象如图 1 所示。本文研究的肘形流道的几何尺寸由江都三站的肘形流道按 1B01051 缩小得到。采用三维定常 RANS 方程和重整化群R
3、NG( RenormalizationGroup)紊流模型对肘形流道进行数值模拟计算。利用 CFX-Build 对其流道内的水体进行建模和网格划分; 利用 CFX-Turbo-Grid 对叶轮进行建模和网格划分; 利用 CFX-Tascflow 将叶轮与流道进行组合、计算分析. 1.2 数学模型 连续性方程： （1） 动量方程： （2） 紊流雷诺时均方程： （3） 重整化群 RNG 模型 （4） （5） 边界条件： 叶轮室水体相对静止（即旋转） ，其转速为 151.8rad/s，计算水体的3密度 998.2001kg/m3，动力粘滞系数 0.00099299999；近壁面采用对数式固壁面函数处
4、理。 边界条件：进口：绝对静止，指定静压强为一个标准大气压，流速为（1，0，0） ；出口：绝对静止，指定质量流速为 356.16kg/s；固壁：叶片表面、轮毂表面：光滑壁面，相对静止，近壁采用对数式固壁函数。2 计算结果与分析 求解参数设置：求解时间步长为 0.01；最大迭代次数为 1300，前后计算结果残差精度为 1*10-5 因水泵叶轮进口断面的流态直接关系着水泵叶片能量的发挥，对泵段性能有重要的影响，图 2 为叶轮进口断面的轴向流速等值图。 图 2 叶轮与肘形流道组合 为了定量考察叶轮进口断面的流速分布均匀度，可计算该断面的流速均匀度 Vu1: （6） 上式中，m 为叶轮进口断面的单元总
5、数； 为叶轮进口断面第 i 个单元的轴向流速； 为叶轮进口断面的平均轴向流速 断面 1 为叶轮室的出口断面，该断面也是整个流动系统的出口断面；断面 2 为叶轮室的进口处断面，断面 3 为流道的进口断面，该断面也是整个流动系统的进口断面。1-2 断面之间和 1-3 断面之间这一泵段的外特4性见下表 1： 表 1 肘形流道的外特性（Q356.8 l/s） 图 3 显示了该肘形流道靠近叶轮进口断面处的轴向流速相对值的数值模拟结果，图 4 为在与数值模拟相同位置处的实验结果。此外从两图中也可以看出本文的计算结果与所测的实验数据基本吻合表示某点的轴向流速，表示该断面的平均轴向流速，为轴向流速的相对值。
6、图 3 肘形流道轴向流速相对值的数值解图 4 肘形流道轴向流速相对值的实验值 图 5：叶片正压面的压力分布云图（单位 105pa） 图 6 叶轮进口断面轴向流速等值线图） （单位：m/s） 图 5 显示了该叶片正压面的压力分布云图, 图 6 为肘形流道叶轮进口断面的轴向流速分布等值线图，从图中可以看出在流道转向处，内侧有轻微脱流现象，这与江都抽水三站的实测数据相吻合。结果表明肘形流道具有较好的整流效果。 3 结论 肘形流道是多种进水流道形式之一，本文采用三维定常 RANS 方程和重整化群（RNG）紊流模型对肘形流道的进口速度场进行了数值模拟，其数值模拟结果与实验值吻合一致，验证了模型的正确性。结果表明肘形5流道具有较好的整流效果。 参考文献 1汤方平, 周济人. 低扬程泵装置性能的决定因素 J. 排灌机械, 1997( 1): 11-12. 2汤方平, 刘超,周济人. 低扬程水泵选型新方法 J. 水利水电科技进展, 2001, 21( 4): 41-43. 3汤方平. 进水池流态对水泵进口流场的影响 J.排灌机械, 2003, 21( 5): 8- 10
