开敞式进水池喇叭口悬空高度对吸气涡的影响

作     者：黄先北 方涛 郭嫱 陈徐睿 庞凯文 仇宝云 HUANG Xianbei;FANG Tao;GUO Qiang;CHEN Xurui;PANG Kaiwen;QIU Baoyun

作者机构：扬州大学电气与能源动力工程学院江苏扬州225127 

基　　金：国家自然科学基金项目(51909231,51806187,52179091) 江苏省研究生科研与实践创新计划项目(SJCX21_1577) 江苏省水利科技项目(2019019,2019017) 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2023年第55卷第5期

页      码：161-168页

摘      要：开敞式进水池是中小型泵站中重要的水工建筑,其在结构尺寸设计不合理时易出现空气吸入涡(air-en-trained vortex,简称吸气涡),严重时会发生空蚀,从而严重影响泵站安全稳定运行。在开敞式进水池中,喇叭口悬空高度C对进水池流动影响较大。本文根据泵站设计规范中给定的悬空高取值范围,采用简化的耦合水平集与流体体积方法(simple coupled level-set and volume-of-fluid method,S-CLSVOF)捕捉水气交界面,并基于分叉模型(bifurcation model,BM)进行数值模拟,分析了吸气涡随喇叭口悬空高度的变化规律,并从喇叭口处涡量及涡拟能的角度,分析了产生该规律的机理。结果表明:吸气涡的大小和进水管内相对吸气率β呈正相关,且平均相对吸气率在3×10^(-4)~7×10^(-4)之间;平均相对吸气率基本随悬空高度的增加呈下降趋势,但在C=0.35D(D为喇叭口直径)处出现突降的情况;每个方案涡量随时间的变化规律表明涡量可定量体现吸气涡的强度;通过对涡拟能输运方程中的分析,发现漩涡受到的拉伸作用决定了平均相对吸气率的变化规律,且与吸气率的变化规律一致,揭示了吸气率突降的机理。同时,分析研究结果发现,在设计进水池时,考虑到吸气涡程度与泵的安装,C=0.35D的悬空高度为最优选择。本文结论对进水池的设计具有指导意义。

主 题 词：进水池 吸气涡 悬空高度 简化的耦合水平集与流体体积方法 吸气率 

学科分类：081504[081504] 08[工学] 0815[工学-矿业类] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.15961/j.jsuese.202200179

馆 藏 号：203123961...