箱涵式流道及泵叶轮进口三维流场激光测量

摘要

泵站进水流道是大中型低扬程泵站的一个重要组成部分，是泵站前池和叶轮室之间的一个过渡段，其主要作用是将泵站前池内的水流平顺均匀的引入叶轮室，为水泵提供良好的进水条件。其中，箱涵式进水流道具有结构简单，断面形状变化单一;流道高度低，基础开挖深度小，节省成本和易于施工等特点，在工程应用中受到普遍关注。但如果流道设计尺寸选择不合理，流道内部流态不良，可能导致流道内产生脱流，漩涡等不良流态，直接影响水泵叶轮进口进水流态，增加泵装置水力损失，降低水泵效率。
　　本文采用国际先进的PIV非接触测量技术对泵站箱涵式进水流道喇叭管下方和内部水流流态进行了三维流场测量，三个典型流量工况下的测量结果表明:小流量(17.02l/s)工况时，喇叭管内有漩涡和二次回流现象发生，喇叭管内水流流态紊乱，泵叶轮进口进水条件较差;设计流量(34.57l/s)工况时，喇叭管内及泵叶轮进口水流流态良好，流场成对称分布，无漩涡等不良流态现象发生;而在大流量(42.26l/s)工况时，流道内有附底涡和附壁涡产生，喇叭管口及叶轮进口进水流态较差，必须采取消涡整流措施以改善流道内水流流态，提高装置运行效率。
　　采用CFD数值模拟的方法对与PIV实验测量相同工况下进水流道内流场进行了模拟，计算结果与实验测量结果对比表明，二者结果相吻合，PIV三维测量结果能很好的揭示流道内流场特点，验证了CFD数值模拟结果;另外，在原设计方案基础上，对在喇叭管正下方采取消涡锥整流后的流场进行了PIV三维激光测量，结果表明:加消涡锥后，成功的消除了大流量工况运行时喇叭管内的附底涡和附壁涡，喇叭管进口及内部流态得到了很大的改善，泵叶轮进口流场基本成对称分布，流道内进水流态良好，因此有必要采取消涡措施以改善箱涵式流道内水流流态。