![泵站水流运动特性及水力性能](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/309/40937309/b_40937309.jpg)
2.5 前池流态改善Y型导流墩整流机理
采用数值模拟的方式模拟Y型导流墩的整流机理,分析研究Y型导流墩在不同设置位置和几何参数下对改善前池流态的影响。
2.5.1 数值计算方法
采用Realizable k-ε模型和SIMPLE算法进行求解流速场分布。
进口取在进水涵洞入口,本文研究中给定进水涵洞的流量,进口边界设为质量入口。由于前池内水面波动不大,采用刚盖假定,简化为对称边界条件。由于出口流动已成单向状态,为自由出流,选用outflow。壁面边界条件采用标准壁面函数。
2.5.2 前池和Y型导流墩主要参数
研究区域如图2.10所示,包括涵洞、前池、进水池和吸水管。其中前池相关参数包括前池宽度B,吸水管直径D 0,测速断面1-1距进水池0.4 3 8 D 0。拟研究的Y型导流墩如图2.11所示,其主要参数包括高度H,长度L,宽度D和角度θ,Y型导流墩至进水池距离X。
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图2.10 前池示意图
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图2.11 Y型导流墩示意图
2.5.3 Y型导流墩整流机理
当水流流经Y型导流墩时,由于Y型导流墩两翼的作用,水流会分开,沿Y型导流墩张角方向扩散,漩涡的位置会前移;与此同时,Y型导流墩尾后的水流会产生回旋,范围受Y型导流墩的大小、角度、高度影响(图2.12)。Y型导流墩表面以上的水流也会产生轻微的分流现象。行近流速会由不均匀分布向均匀分布过渡(图2.13)。
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图2.12 Y型导流墩整理示意图
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图2.13 行近流速变化示意图
2.5.4 研究方案
为了深入研究Y型导流墩位置及几何参数的影响,分别研究了13个方案(见表2.2)。首先分析无整流措施的方案1;而后分析比较Y型导流墩位置对前池流态的影响(方案2~方案4);再分析比较不同Y型导流墩高度对前池流态的影响(方案5~方案7);接着分析比较不同Y型导流墩角度对前池流态的影响(方案8~方案10);最后分析比较Y型导流墩长度对前池流态的影响(方案1 1~方案1 3)。为了定量分析,选取1-1断面为行近流速测量断面。
表2.2 研究方案表
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注 h为前池内水深。
2.5.5 计算结果及分析
1.无整流措施前池计算流态
任何整流措施的前池流态不良,前池左右两侧出现与前池长度近乎相等的漩涡;由于两侧水流存在大尺度回旋,逼近进水池,站前行近流速分布很不均匀。
图2.14为流线图,图2.15为行近流速分布图。由图2.15可知,数值模拟结果的变化趋势及数值大小与实验结果呈现出一致性,这表明数值模拟结果基本可信。
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图2.14 流线图(方案1)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_18.jpg?sign=1738918207-V27paCLwb4pwBrFr5Cx4mt2xgx8nMUxT-0-871ca011e686850494fbd5cf8bd1443a)
图2.1 5 1-1断面行近流速图(方案1)
2.Y型导流墩位置
从图2.16~图2.19可知,当Y型导流墩位置过于接近涵洞时(方案2),其分流效果较为明显,但前池中间的水流出现大尺度的回旋,对进水池流态产生不利影响;当Y型导流墩位置过于接近进水池时(方案4),Y型导流墩尾部漩涡影响到了进水池;当Y型导流墩位置恰当时(方案3),进水池前侧的流态获得更均匀分布。由图2.19可知,方案3和方案4中进水池前的行近流速分布较为均匀。上述3种方案中从位置参数看,方案3整流较好。
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图2.16 流线图(方案2)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_20.jpg?sign=1738918207-oiShhnHl0cIqNh59N2HzaPozllyZ2WEB-0-18f611c901022c852332df8de59bd5ae)
图2.17 流线图(方案3)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_21.jpg?sign=1738918207-RiH0jZqSVTZridVXFEP2uo6GlDdymD1y-0-fe30ff4b903f818152f5c475fa2e9932)
图2.18 流线图(方案4)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_22.jpg?sign=1738918207-eBethxQmk8PAimrAEuEabm8EzUDVbgXT-0-fb4d769ff4b0cfef7a1306931fc427f9)
图2.1 9 1-1断面行近流速图
3.Y型导流墩高度
从图2.20~图2.23可知,当Y型导流墩高度较低时(方案5),行近流速分布相对均匀,但是前池两侧的回流区较大;当Y型导流墩高度适中时(方案3,Y型导流墩高度H=2/3h),流态和行近流速分布都比较均匀;当Y型导流墩高度较高时(方案6),虽然两侧的回流区变小,但是导流墩后尾部漩涡比较大,1-1断面行近流速分布不均匀,影响进水池进水。因此从高度参数角度看,方案3的整流效果优于其他方案。
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图2.20 流线图(方案5)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_24.jpg?sign=1738918207-L07JIpe8S2LnkJPMtcGwXwalboEoK7O8-0-ba241b040b5b11cd36c17eda7d12b13c)
图2.21 流线(方案6)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_25.jpg?sign=1738918207-NyTkhbiE3l3H4DTn5I8rgvqXMdw0IVzU-0-491572c160a5e91a94ed909a5a760e4f)
图2.22 流线图(方案7)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_26.jpg?sign=1738918207-d6W0tBUeV2Fw3EJfQkprEBZSVwuEtxn5-0-7ce936b5a0121bb9b94dd93b72a89e91)
图2.2 3 1-1断面行近流速图
4.Y型导流墩尾部夹角
由图2.24~图2.27可知,当Y型导流墩尾部夹角较小时(方案8、9),虽然进水池前的行近流速比较均匀,但是前池两侧漩涡越大;当Y型导流墩尾部夹角适中时(方案3,θ=120°),两侧回流区相对变小,行近流速相对均匀;当Y型导流墩尾部夹角较大时(方案10),两侧回流区明显变小,但是Y型导流墩尾后漩涡较大,行近流速分布变得不均匀。从角度参数看,方案3整流效果较好。
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_27.jpg?sign=1738918207-1OEZ9VHZfdda3uFvaGlKLrFDxhp2oTvk-0-d1525db7ec005f3d92a520625e74373c)
图2.24 流线图(方案8)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_28.jpg?sign=1738918207-lkKBf7jd5qEbcbFGmhKabkyi1cws54YP-0-a7fa04576319af59414998e8125b3584)
图2.25 流线图(方案9)
5.Y型导流墩长度
由图2.28~图2.31看出,当Y型导流墩长度较小时(方案3、11),两侧回流区相对较大;当Y型导流墩尺寸适中时(方案12),前池两侧回流区减小,Y型导流墩尾后的漩涡对进水池影响不大;当Y型导流墩长度增大时(方案13),对比流线图可以看出,Y型导流墩尾后漩涡较大,影响进水池进水,整流效果不明显。从长度参数看,方案12优于其他方案。
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_29.jpg?sign=1738918207-0BtdwGWgbvRW1pV7iuolnHFyFriIwkAh-0-ba24046f37da00c741292e8a5ae9cb87)
图2.26 流线图(方案10)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_30.jpg?sign=1738918207-EQadcsnP6reCWQjfzYVq6i2Cab9ECldB-0-4b06e87b801e35a72d4e2829576abf82)
图2.2 7 1-1断面行近流速图
由于方案3和方案12只有长度长度参数不一样,所以在单个Y型导流墩整流的案例中,方案12为最优方案。
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_31.jpg?sign=1738918207-1DqVw5vU4TKUaYQtGPN8R8AmrkYw5nvE-0-bc192afeb336c633a1c952767d42dea1)
图2.28 流线图(方案11)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_32.jpg?sign=1738918207-9lr3iW2KI8afpeKDuRkZXTyfba5xnh2A-0-76cd147a583f0a85e3bfe73d41756833)
图2.29 流线图(方案12)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_33.jpg?sign=1738918207-1xL35IEsr1tW4ELsSIGkgFjRjbpIsXQl-0-c5c215741d427254b2495ffaa7608c79)
图2.30 流线图(方案13)
![img](https://epubservercos.yuewen.com/AB3AC1/21277076401898206/epubprivate/OEBPS/Images/txt002_34.jpg?sign=1738918207-bGEi1GTR4yBmOsgfeW9kvoXFYgJBdNin-0-4ce52cc38f091cc45682719d3ccbdf91)
图2.3 1 1-1断面行近流速图