循環(huán)水泵流道的三維數值模擬與優(yōu)化設計

第34卷第2期人民黃河Vol. 34,No.22012年2月YELLOW RIVERFeb. ,2012[水利水電工程]循環(huán)水泵流道的三維數值模擬與優(yōu)化設計韓敬欽' ,李亞文',高德申',曹科",黃立 維3(1.山東電力工程咨詢(xún)院有限公司,山東濟南250013;2.武漢市城市排水發(fā)展有限公司,湖北武漢430062;3.中國水利水電科學(xué)研究院,北京100038)摘要:通過(guò)建立基于 RNG湍流模型的三維數值模型,對某循環(huán)水泵房前池和流道進(jìn)行了數值模擬,重點(diǎn)對穩態(tài)及瞬態(tài)的水力特性進(jìn)行了分析研究。結果表明:正常運行水位下,各工況的水泵喉部流速偏差均小于10% .能保證水泵安全穩定地運行。但在最低運行水位下,吸水池內渦量較大,為此提出了設置消渦胸墻的優(yōu)化方案。兩臺水泵同時(shí)事故停泵時(shí),會(huì )造成循環(huán)水泵房的暫時(shí)性溢流，可將泵房?jì)热丝滓浦帘梅客馇疫\行水位降低0.30 m;兩臺水泵同時(shí)啟動(dòng)時(shí),前池水位降低最大,但最小淹沒(méi)深度仍能滿(mǎn)足水泵的安全運行要求。關(guān)鍵詞:水力特性; RNG湍流模型;數值模擬;循環(huán)水泵;流道中圖分類(lèi)號: TV136文獻標識碼:Adoi;10. 3969/j. isn. 100-1379. 2012.02.0503D Numerical Simulation and Optimum Design of Circulating Water PumpFlow Channel in Thermal PlantHAN Jing-qin', u Ya-wen' , GAO De shen' , CAO Ke2 , HUANG Li-wei'( 1. Shandong Eleric Pover Engineering Consulting Insinue Co. Ld, Jinan 250013, China;2. Wuhan Urban Drainage Development Co. Ld, Wwhan 430062, China;3. China Intitue of Water Resoures and Hydropower Research, Beijing 10038, China)Abstract: Based on RNC turbulet model, the 3D numerical simuaion model of crculaing water pump forebay and flow channel was esuablished,which could simulate the hydraulic characteristics of the steady and lransient flow. Under the goal level, the flow velocity deviation of pump throatis less than 10% at all operation situations, the pumps can work steadily. Under the lowest operation level, too much eddy is found from the caleu-lated results, s0 the optimized scheme about stting parapet wall is approved. When two pumps stop simultaneously, temporary overlow will hep-pen. To avoid overflow , manhole should be moved outside the pump house, and decrease the operation level of 0.30 meters. When the two pumpsstart up simultaneously, the water level in forebay will drop down highest, but the lowest submerged depth can sill satify openation requirement.Key words: hydraulic characteisti; RNG turbulent model; numerial simulation; circulating waler pump; fnow channel泵站的進(jìn)水流道是供水系統的重要組成部分,進(jìn)水流道的a(pu,), a(pu,u). +((4_-pu.,)+S， (2)合理布置,可以提高水泵的運行效率,延長(cháng)水泵的使用壽命”"。對火力發(fā)電廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，循環(huán)水泵流道的合理設計,對保證電廠(chǎng)安式中:p為流體平均密度;u為流速;μ為分子黏性系數;P為修全滿(mǎn)發(fā)以及節約工程造價(jià)具有重要的作用21。正壓力;S,為單位體積上的質(zhì)量力。為求解該不封閉方程組,必某3x660MW火力發(fā)電廠(chǎng)新建工程采用循環(huán)供水系統，須引入湍流模型(方程)。每臺機組配1座冷卻塔及2臺循環(huán)水泵,3臺機組共用一座循1.2 湍流模型環(huán)水泵房。為保證循環(huán)水泵進(jìn)水流道具有理想的流態(tài)，筆者采與標準k-ε模型相比,RNGk-ε模型通過(guò)修正湍流黏性用基于RNG湍流模式的三維數值模型.研究了各典型工況(穩系數,考慮了平均流動(dòng)中旋轉及旋流的情況“;并且通過(guò)改變態(tài))下循環(huán)水泵流道和前池的水力特性以及極蹦工況(瞬態(tài))e方程,反映了主流的時(shí)均應變率.提高了對高應變率的模下前池水位的波動(dòng)，并根據計算結果提出進(jìn)水流道的整流措施擬|4。因此,RNG模型叮以很好地模擬高應變率及流線(xiàn)彎曲和運行要求。.程度較大的流動(dòng)方程形式如下:1數值模型2(pk) + 8(pku,)[aua路]+G,+pe (3)adx1.1 控制方程中國煤化工該模型采用不可壓縮流體的連續方程和動(dòng)最方程:收稿日期:2011-06-07作者簡(jiǎn)介:韓嫩欽(1967MYHCNMHG要從事大力發(fā)電a(u,)(1)E-mail ;hanjinqin@ sdepci. com●143●人民黃河2012 年第2期算該邊坡穩定安全系數為1. 310,與上述有限元強度折減法得3工程實(shí)例出的結果1.315非常接近,當取兩位小數時(shí),兩者都是1.31 ,而結合某工程實(shí)例,采用基于三點(diǎn)位移突變判據的有限元強且簡(jiǎn)化Bishop法搜索計算得到的最危險滑動(dòng)面與有限元強度度折減法分析某邊坡的穩定安全系數。該邊坡為均質(zhì)土坡,坡折減法計算得到的滑動(dòng)面十分接近。比為1:2,高4.8m。土的重度y為18 kN/m' ,黏聚力c為104結語(yǔ)kPa,內摩擦角o為12° ,變形模最E為14 MPa.泊松比v為0.2。.采用三點(diǎn)位移突變判據的有限元強度折減法進(jìn)行分析,位通過(guò)探討有限元強度折減法在邊坡穩定分析中失穩判據移隨折臧系數突變的曲線(xiàn)見(jiàn)圖2?？梢钥闯?，折減系數為1.31存在的問(wèn)題，認為位移突變判據更符合邊坡的失穩機理.提出時(shí),三點(diǎn)均開(kāi)始出現位移突變,滑出點(diǎn)B處最明顯,坡頂點(diǎn)A次了基于三點(diǎn)位移突變判據為主的邊坡穩定分析有限元強度折之,坡面代表點(diǎn)C相對突變性較弱;折減系數為1.32時(shí),位移減法。通過(guò)某工程算例指出應采用0.01的折減步長(cháng)進(jìn)行邊坡激增,其對應的狀態(tài)已不安全,無(wú)論是根據其位移特征,還是出穩定分析,再參考位移云圖及塑性變形進(jìn)行綜合判定。若位移于安全性考慮,宜以1.31為安全系數。突變非常明顯或精度要求更高,則叮減小折減幅度進(jìn)行加密分析,同時(shí)也可反過(guò)來(lái)進(jìn)一步確認 0.01折堿幅度時(shí)的安全系數。當兩相鄰折減系數均出現一定突變性質(zhì)時(shí),一 般出于安全考20慮,取數值小的為安全系數。在結合可視化的位移云圖及塑性15變形判斷時(shí)，,參考的位移參數應為“純"滑坡位移值及“純"滑坡頂點(diǎn)A坡位移比值。0.5代表點(diǎn)C.參考文獻:1.28 1.29 130 131132 1.33 1.折減系數[1] 李榮建,于天貞,擴信強度折減有限元法在非飽和t邊坡穩定分析中的圈2三特征點(diǎn)位移隨折減系數變化曲 線(xiàn)應用[J].水利水電技術(shù),2006,37(3):42 -45.為了更準確確定邊坡的安全系數.縮小折臧系數1.31與2] CrifSuhs D v, Lane P A. Slope Sability Anlysis by Finite Element[J].1.32之間的折臧步長(cháng)進(jìn)-一步分析,結果見(jiàn)圖3。加密后,三點(diǎn)Geotochnique, 199,9 49(3) :387 - 403.的折減系數曲線(xiàn)在1. 315~1.318處突變，坡頂點(diǎn)A及滑出點(diǎn)3] 趙尚毅.鄭穎人,張天芳極限分析有限元法講康一 I有限元強度折減法中邊坡失穩的判據探討[J].巖石力學(xué)與I.程學(xué)報,2005 ,26(2):332 -336.B.在折減系數為1.315時(shí)突變比較明顯,可確定安全系數為1.4] 趙尚毅,時(shí)J!民,鄭穎人.邊坡穩定性分析的有限元法[J].地下空間，,2001,315 ,若取兩位小數.根據四舍五人法則，可把折減系數1.32確定為安全系數,但折減系數為1.318時(shí).坡體已經(jīng)開(kāi)始滑動(dòng),這5] 張銳,遲世春,林皋.基于強度折減法的邊坡失穩判斷準則[J].人民黃河，時(shí)不宜用四舍五人法,而應取數值小者。2008.30(4):74-75.6] 連鎮背，韓國城.孔憲京.強度折酸有限元法研究開(kāi)挖邊坡的穩定性[J].巖土工程學(xué)報,2001 .23(4):407 -411.滑出點(diǎn)8/7] 劉金龍.欒茂田,趙少飛關(guān)于強度折減有限元方法中邊坡失穩判據的討論[J]. 巖土力學(xué).200 ,26(8);1345 - 1348.0.6f8] 欒茂田,武亞軍年延凱強度折減有限元法中邊坡失穩的塑性區判據及其0應用[J].防災醵尖T.程學(xué)報2003.23(3):1 -8.[責任編輯呂艷梅]1.295 1.300 1.305 1.310 1.315 1.320 1325折堿系數圈3加密后三特征點(diǎn)位移隨折減系數變化曲線(xiàn)(上接第145頁(yè))也可參考位移云圖及塑性變形判斷確認,當折減系數為1.315時(shí),坡頂面局部范圍變形較大,整個(gè)坡體位移呈現不同的數值水平,最大位移處總位移為0.122m,出現在坡面滑動(dòng)面附1] 陸林廣.張仁田泵站進(jìn)水流道優(yōu)化水力設計[M].北京:中國水利水電出近靠坡面的一側坡頂點(diǎn)A位移為0.1075m,除去基本沒(méi)滑動(dòng)版禮.,1997.跡象(對應折減系數1. 31)時(shí)的位移值0.0942 m,"純"滑坡位2] 西北電力設計院電力工程水務(wù)設計手冊[ M].北京:中國水利水電出版杜,2005.移值只有0.0133 m,"純"滑坡位移比值為0.14?？梢?jiàn),邊坡并[3] sY Jaw.C J Chen. Presen Sutums df Scond - Onder Cloure Tubulece Mot-不是整體滑動(dòng),但某一水 平的塑性變形基本貫通,而且貫通的cbs,I:Overview[ J]. Joumal of Engineering Mechanics, 1998(5) .485 - so1.標準不好把握。若以此為判據,則不十分準確.但可作為參考。[4] 補舒棋唐新軍 =種淄流模暝在腧梯溢旋壩數值模擬中的比較[J].人民當折戰系數為1.318時(shí),滑動(dòng)面靠坡面一側位移值較大.坡體黃河,2010.32(7):141 - 143.5] 何耘,陳惠泉,李下生研究[D].北京: .開(kāi)始出現整體滑動(dòng),最大位移為0.220 m,坡頂點(diǎn)A位移值為中國煤化工0.1762 m,"純”滑坡位移值為0.082 m,“純”滑坡位移比值達中國水利水電科學(xué)6] American Hydn ulie:YHCNMHGNaicoaSunded0.87,滑動(dòng)跡象明顯,某--水平的塑性變形貫通.坡頂面開(kāi)始坍for Pump Intake Deaigm[S]. Nem Jenay: American Hydranlie Intitute ,1998.塌,可認為此時(shí)邊坡開(kāi)始失穩。用簡(jiǎn)化Bishop邊坡計算方法計[責任編輯張華巖]●148.