馮站青

(蓋州市師門水庫管理處，遼寧 蓋州 115220)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)對與水庫泄洪排澇泵水力性能影響較大，為使得水庫泄洪排澇泵水力性能達(dá)到最優(yōu)，需要對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。當(dāng)前，國內(nèi)學(xué)者對于不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)對不同類型水泵性能影響進(jìn)行了一定程度的研究[1- 7]，但對水庫泄洪排澇泵水力性能影響參數(shù)的研究成果較少，而對于中小型水庫而言，水庫泄洪排澇泵水力性能直接影響到汛期水庫的防汛功能，為此本文結(jié)合水流流場數(shù)學(xué)模型[8- 9]，以遼寧南部某水庫泄洪排澇泵為研究實例，對水庫不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)的庫泄洪排澇泵水力性能進(jìn)行數(shù)值模擬分析。研究成果對于水庫泄洪排澇泵水力性能優(yōu)化具有重要的參考價值。

1 數(shù)值計算模型建立

為了真實反映水庫泄洪排澇泵的水力性能，結(jié)合轉(zhuǎn)速為n=295，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉數(shù)量為2的水庫泄洪排澇泵進(jìn)行數(shù)值模擬，以設(shè)計導(dǎo)葉參數(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)置泄洪排澇泵為定值的前提下，分別設(shè)置不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)進(jìn)行水力性能的數(shù)值模擬，對水庫泄洪排澇泵的進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化如圖1所示，并設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)k-ε為其邊界條件進(jìn)行數(shù)值模擬。

圖1 水庫泄洪排澇泵網(wǎng)格圖

2 模型驗證

為對構(gòu)建的數(shù)值模型進(jìn)行驗證，進(jìn)行了導(dǎo)葉數(shù)目為2，旋轉(zhuǎn)角為15°，轉(zhuǎn)速設(shè)置為295，進(jìn)行流量—揚(yáng)程以及流量—效率的驗證，驗證結(jié)果見表1及如圖1所示。

表1 模型水力性能驗證結(jié)果

圖2 Q～h及Q～η試驗與數(shù)值模擬結(jié)果對比

從模型同一組旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)下，模型水力性能試驗值和計算值之間的吻合效率較高，吻合效率值達(dá)到85%以上，從流量—揚(yáng)程以及流量—效率曲線可以看出，試驗值和計算值的擬合度均較高，構(gòu)建的水庫泄洪排澇泵水力性能數(shù)值模擬模型可通過檢驗。

3 不同導(dǎo)葉參數(shù)下水庫澇泵水力性能數(shù)值分析

結(jié)合不用導(dǎo)葉參數(shù)對水庫泄洪排澇泵水力性能進(jìn)行了數(shù)值試驗，試驗結(jié)果如圖3所示。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉數(shù)目對水庫泄洪排澇泵水力性能影響較大，合理設(shè)置旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉數(shù)據(jù)對于水力性能達(dá)到最佳影響較大，從圖3種不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉數(shù)目對水庫泄洪排澇流量—揚(yáng)程曲線的試驗結(jié)果可以看出，水庫泄洪排澇量較小時，應(yīng)增加適量旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉數(shù)量，而在流量較大時，應(yīng)逐步減少導(dǎo)葉數(shù)量。而從葉徑比的試驗結(jié)果可以看出，當(dāng)r達(dá)到0.63～0.68之間，其流量—揚(yáng)程曲線達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，水庫泄洪排澇泵水力性能影響可達(dá)到最佳。旋轉(zhuǎn)角主要對水力性能影響流速方向影響較大，從試驗結(jié)果可以看出當(dāng)旋轉(zhuǎn)角在15°～22°，其水力性能可達(dá)到最優(yōu)。葉面截口面積比是水庫泄洪排澇泵水力性能設(shè)計的重要參數(shù)，結(jié)合不同葉面截口面積比的試驗結(jié)果可看出當(dāng)葉面截口面積比在2.9～3.1時，水庫泄洪排澇泵射流能力可達(dá)到最優(yōu)情況。

圖3 不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)下的流量—揚(yáng)程曲線試驗結(jié)果

4 不同導(dǎo)葉參數(shù)組合下水庫澇泵水力性能數(shù)值模擬結(jié)果

4.1 水流流向數(shù)值模擬結(jié)果

結(jié)合不同導(dǎo)葉參數(shù)組合，基于構(gòu)建的水力性能數(shù)值模擬模型，對不同導(dǎo)葉參數(shù)組合下的水庫泄洪排澇泵的流向進(jìn)行數(shù)值分析，分析結(jié)果如圖4所示。

不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉組合參數(shù)對水庫泄洪排澇泵水流流向數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，第1組導(dǎo)葉參數(shù)下，水流流向呈現(xiàn)流線型變化，而在第2組導(dǎo)葉參數(shù)下，水流流向出現(xiàn)局部渦流情況，這種情況對于水庫泄洪排澇泵水力性能影響較大。因此為使得水流流向呈現(xiàn)線形變化，則應(yīng)選取第1組旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)。

4.2 水流射流能力數(shù)值模擬結(jié)果

結(jié)合不同導(dǎo)葉參數(shù)組合，基于構(gòu)建的水力性能數(shù)值模擬模型，對不同導(dǎo)葉參數(shù)組合下的水庫泄洪排澇泵的射流能力(揚(yáng)程、流速)進(jìn)行數(shù)值分析，分析結(jié)果見圖4。

圖4 不同導(dǎo)葉參數(shù)組合下水流流向數(shù)值模擬結(jié)果

圖5 不同導(dǎo)葉參數(shù)組合下射流能力數(shù)值模擬結(jié)果

從圖5中種可看出，在第1組旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)下水庫泄洪排澇泵水流揚(yáng)程分布較為平穩(wěn)，其流速為出現(xiàn)較大的逆重流的變化，第1組旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)下，其揚(yáng)程分布向四周平穩(wěn)分布，揚(yáng)程分布值在1.5～5.5m之間變幅而對于流速變化而言，中部區(qū)域流速分布均勻，逆重流現(xiàn)象較為不明顯。而在第2組旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)下，水庫泄洪排澇泵水流揚(yáng)程分布也較為均勻，揚(yáng)程分布值在2.0～6.5m之間變幅，揚(yáng)程變幅要大于第1組旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)下的揚(yáng)程變幅，這對于水庫泄洪排澇泵水力性能損失影響較大，且在第2組旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)組合下流速分布均勻性弱于第1組參數(shù)組合，在中部區(qū)域局部的逆重流現(xiàn)象較為嚴(yán)重。綜合上述成果的分析，第1組旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)組合可使得水庫泄洪排澇泵水力性能達(dá)到最佳狀態(tài)。

5 結(jié)語

本文主要探討不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)對水庫泄洪排澇泵水力性能的影響，試驗取得以下主要結(jié)論:

(1)本文試驗所分析旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉單一參數(shù)范圍，對于水庫泄洪排澇泵水力性能優(yōu)化設(shè)計具有較為重要的參考價值。

(2)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)組合(N=2，R=0.63，ω=15°，A/S=2.9)下，水庫泄洪排澇泵水力性能可達(dá)到最佳狀態(tài)，水力損失最小。

(3)本文只重點探討了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉參數(shù)對水庫泄洪排澇泵水力性能的影響，而在以后的研究中還應(yīng)結(jié)合水庫泄洪排澇泵的類型進(jìn)行探討研究。