田山泵站前池进水流态数值模拟与验证.pdf

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1、第37卷第6期人民黄河Vo1．37．No．62015年6月YELLOWRIVERJun．，2015【工程建设管理】田山泵站前池进水流态数值模拟与验证李君，曹永梅，黄金伟，刘伟(1．华北水利水电大学电力学院，河南郑州450045；2．南水北调东线山东干线有限责任公司，山东济南250013；3．济南市田山电灌管理处，山东济南250400)摘要：为验证田山泵站前池工程改造对改善流态的效果，运用三维紊流模拟技术，建立了泵站前池进水流态的三维湍流数学模型，对改造前后泵站前池水流流态进行了模拟，用现场实测结果对数值模拟结果进行了验证。结果表明：数值模拟流速值与现场测试值存

2、在一定的差异，但是数值模拟的流速分布与现场测试的流速分布基本一致，能较好地模拟泵站前池水流流态，为泵站安全运行管理提供参考；在前池增设稳流、整流设施后，前池流态得到明显改善。关键词：泵站；前池；进水流态；数值模拟；田山泵站中图分类号：TV675文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2015．06．028泵站在防洪、排涝、供水等方面发挥着重要的作k一模型，计算区域选取前池和进水池，流场计算的进用。随着工农业的迅速发展，对水资源的需求量日益口设置在前池进口处，进口采用速度人口条件；进水流增多，对泵站前池及进水池过水能力的要求不断提

3、高。道的固体壁面包括边墙、前池底部、进水池底部、吸水前池是泵站引水和吸水的衔接部位，也是水流由急流管及其圆柱轮毂体等，采用壁面函数法进行模拟，设定变成缓流的过渡段⋯，池中流态对机组和泵站的安全在固体边壁处无滑移条件；假设出口处的流动是充分运行及效率影响很大_2J。为有效改善前池进水流态，发展的，即出口断面上所有变量的梯度都为零；由于进广泛采用的工程措施有前池设置底坎、立柱、导流板、水池内流速不快，水面为自由水面并且波动不大，因此整流墩、压水板等J。笔者运用三维紊流模拟技术，水面边界采用刚盖假定。对田山泵站前池改造前后进水流态进行了数值模拟，2．2模型计算方法以

4、验证工程改造对改善流态的效果。按照工程(包括引水渠、前池、进水池、泵的喇叭口、泵体以及泵的出水管道等)的实际尺寸，用GAM-1工程概况BIT软件建立几何模型，数值计算采用Fluent软件，对田山一级泵站位于山东省济南市平阴县境内黄河压力场的求解采用修正的SIMPLE算法。右岸，提取黄河水为灌区和城市提供水源，共装有轴流3前池进水流态数值模拟泵12台，设计提水流量30m／s，设计扬程7．7m，总装机容量2670kW。原设计前池是正向进水前池，沿3．1改造前进水流态进水方向闸门距前池2．5m，引渠宽2．5m，前池长按前池水位分别为最高水位35．50m、正常水位1O

5、．2m，进水池长6．7m、宽7．6m，进水闸前无拦沙设34．30m、最低水位33．70m时的单泵和双泵运行工况施。由于前池进水流态不良且黄河水含沙量大，容易对前池进水流态进行模拟。各种工况下，沿水流方向引起泥沙淤积，因此恶化了前池的流态和水泵的进水取2个断面，分别距进水闸门7．7m和12．2m，称为条件，导致泵站提水效率下降。为了改善前池流态，采断面1和断面2；沿水深方向取4个断面，分别为表取多种工程措施对泵站进行了改造，包括在闸门后层、0．2H、0．6H、0．8，其中为前池水深，0．2H和0．55m处设置梳流趾墩，在前池进口处及其后2．4m0．6H为中层断面

6、，0．8日为底层断面。模拟结果(流处设置底坎和挑流坎，在前池高程33．70～36．52m范场)表明，断面1、断面2流速分布很不均匀，底部流速围内设置消力梁4条。收稿日期：2014—05-262数学模型及计算方法基金项目：河南省教育厅科学技术研究重点项目(12A570003)；济南市科技攻关项目(061084)。作者简介：李君(1979一)，男，河南民权人，讲师，博士，主要2．1数学模型及边界条件从事水利水电工程方面的教学和研究工作。数学模型采用基于雷诺平均N—S方程的标准E—mail：uniquelijun@126．corn·l06·人民黄河2015年第6期较

7、快，中层流速和表层流速较慢，底部水流明显偏向运图1(a)表明前池0．2H深处水流已经逆向回流，行泵的进水池，其中断面2的表层出现了逆向流动，中图1(b)表明0．6H深处进水方向左侧有2个旋涡，这层和底层有向上流动的趋势。与现场测试的流态十分吻合。图2(a)反映的0．2H3．2改造后进水流态深处池尾节点流态与改造后试验测试点的流态一样。改造后前池流态模拟选取的工况与改造前相同，4．3实测流速与模拟计算流速比较模拟结果(流场)表明，采用工程措施后，前池尾部断在水位为34．30m单泵运行工况下，断面2模拟面流速分布较改造前的均匀，中层流速相对较快，底部计算流速与实测

8、流速对比见图3和图4。0l0流速变缓，