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(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)韓敬欽' ,李亞文',高德申',曹科",黃立 維3(1.山東電力工程咨詢院有限公司,山東濟(jì)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:通過建立基于 RNG湍流模型的三維數(shù)值模型,對某循環(huán)水泵房前池和流道進(jìn)行了數(shù)值模擬,重點(diǎn)對穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)的水力特性進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明:正常運(yùn)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(wěn)定地運(yùn)行。但在最低運(yùn)行水位下,吸水池內(nèi)渦量較大,為此提出了設(shè)置消渦胸墻的優(yōu)化方案。兩臺水泵同時(shí)事故停泵時(shí),會造成循環(huán)水泵房的暫時(shí)性溢流，可將泵房內(nèi)人孔移至泵房外且運(yùn)行水位降低0.30 m;兩臺水泵同時(shí)啟動時(shí),前池水位降低最大,但最小淹沒深度仍能滿足水泵的安全運(yùn)行要求。關(guān)鍵詞:水力特性; RNG湍流模型;數(shù)值模擬;循環(huán)水泵;流道中圖分類號: TV136文獻(xiàn)標(biāo)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(tǒng)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(yùn)行效率,延長水泵的使用壽命”"。對火力發(fā)電廠來說，循環(huán)水泵流道的合理設(shè)計(jì),對保證電廠安式中:p為流體平均密度;u為流速;μ為分子黏性系數(shù);P為修全滿發(fā)以及節(jié)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)電廠新建工程采用循環(huán)供水系統(tǒng)，須引入湍流模型(方程)。每臺機(jī)組配1座冷卻塔及2臺循環(huán)水泵,3臺機(jī)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(biāo)準(zhǔn)k-ε模型相比,RNGk-ε模型通過修正湍流黏性用基于RNG湍流模式的三維數(shù)值模型.研究了各典型工況(穩(wěn)系數(shù),考慮了平均流動中旋轉(zhuǎn)及旋流的情況“;并且通過改變態(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(yīng)變率.提高了對高應(yīng)變率的模下前池水位的波動，并根據(jù)計(jì)算結(jié)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(yīng)變率及流線彎曲和運(yùn)行要求。.程度較大的流動方程形式如下:1數(shù)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(xù)方程和動最方程:收稿日期:2011-06-07作者簡介: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(wěn)定安全系數(shù)為1. 310,與上述有限元強(qiáng)度折減法得3工程實(shí)例出的結(jié)果1.315非常接近,當(dāng)取兩位小數(shù)時(shí),兩者都是1.31 ,而結(jié)合某工程實(shí)例,采用基于三點(diǎn)位移突變判據(jù)的有限元強(qiáng)且簡化Bishop法搜索計(jì)算得到的最危險(xiǎn)滑動面與有限元強(qiáng)度度折減法分析某邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。該邊坡為均質(zhì)土坡,坡折減法計(jì)算得到的滑動面十分接近。比為1:2,高4.8m。土的重度y為18 kN/m' ,黏聚力c為104結(jié)語kPa,內(nèi)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(jù)的有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行分析,位通過探討有限元強(qiáng)度折減法在邊坡穩(wěn)定分析中失穩(wěn)判據(jù)移隨折臧系數(shù)突變的曲線見圖2?？梢钥闯?，折減系數(shù)為1.31存在的問題，認(rèn)為位移突變判據(jù)更符合邊坡的失穩(wěn)機(jī)理.提出時(shí),三點(diǎn)均開始出現(xiàn)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(jù)為主的邊坡穩(wěn)定分析有限元強(qiáng)度折之,坡面代表點(diǎn)C相對突變性較弱;折減系數(shù)為1.32時(shí),位移減法。通過某工程算例指出應(yīng)采用0.01的折減步長進(jìn)行邊坡激增,其對應(yīng)的狀態(tài)已不安全,無論是根據(jù)其位移特征,還是出穩(wěn)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(shù)。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)也可反過來進(jìn)一步確認(rèn) 0.01折堿幅度時(shí)的安全系數(shù)。當(dāng)兩相鄰折減系數(shù)均出現(xiàn)一定突變性質(zhì)時(shí),一 般出于安全考20慮,取數(shù)值小的為安全系數(shù)。在結(jié)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(shù)應(yīng)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(xiàn):1.28 1.29 130 131132 1.33 1.折減系數(shù)[1] 李榮建,于天貞,擴(kuò)信強(qiáng)度折減有限元法在非飽和t邊坡穩(wěn)定分析中的圈2三特征點(diǎn)位移隨折減系數(shù)變化曲 線應(yīng)用[J].水利水電技術(shù),2006,37(3):42 -45.為了更準(zhǔn)確確定邊坡的安全系數(shù).縮小折臧系數(shù)1.31與2] CrifSuhs D v, Lane P A. Slope Sability Anlysis by Finite Element[J].1.32之間的折臧步長進(jìn)-一步分析,結(jié)果見圖3。加密后,三點(diǎn)Geotochnique, 199,9 49(3) :387 - 403.的折減系數(shù)曲線在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?zhí)旆紭O限分析有限元法講康一 I有限元強(qiáng)度折減法中邊坡失穩(wěn)的判據(jù)探討[J].巖石力學(xué)與I.程學(xué)報(bào),2005 ,26(2):332 -336.B.在折減系數(shù)為1.315時(shí)突變比較明顯,可確定安全系數(shù)為1.4] 趙尚毅,時(shí)J!民,鄭穎人.邊坡穩(wěn)定性分析的有限元法[J].地下空間，,2001,315 ,若取兩位小數(shù).根據(jù)四舍五人法則，可把折減系數(shù)1.32確定為安全系數(shù),但折減系數(shù)為1.318時(shí).坡體已經(jīng)開始滑動,這5] 張銳,遲世春,林皋.基于強(qiáng)度折減法的邊坡失穩(wěn)判斷準(zhǔn)則[J].人民黃河，時(shí)不宜用四舍五人法,而應(yīng)取數(shù)值小者。2008.30(4):74-75.6] 連鎮(zhèn)背，韓國城.孔憲京.強(qiáng)度折酸有限元法研究開挖邊坡的穩(wěn)定性[J].巖土工程學(xué)報(bào),2001 .23(4):407 -411.滑出點(diǎn)8/7] 劉金龍.欒茂田,趙少飛關(guān)于強(qiáng)度折減有限元方法中邊坡失穩(wěn)判據(jù)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(qiáng)度折減有限元法中邊坡失穩(wěn)的塑性區(qū)判據(jù)及其0應(yīng)用[J].防災(zāi)醵尖T.程學(xué)報(bào)2003.23(3):1 -8.[責(zé)任編輯呂艷梅]1.295 1.300 1.305 1.310 1.315 1.320 1325折堿系數(shù)圈3加密后三特征點(diǎn)位移隨折減系數(shù)變化曲線(上接第145頁)也可參考位移云圖及塑性變形判斷確認(rèn),當(dāng)折減系數(shù)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(xiàn)不同的數(shù)值水平,最大位移處總位移為0.122m,出現(xiàn)在坡面滑動面附1] 陸林廣.張仁田泵站進(jìn)水流道優(yōu)化水力設(shè)計(jì)[M].北京:中國水利水電出近靠坡面的一側(cè)坡頂點(diǎn)A位移為0.1075m,除去基本沒滑動版禮.,1997.跡象(對應(yīng)折減系數(shù)1. 31)時(shí)的位移值0.0942 m,"純"滑坡位2] 西北電力設(shè)計(jì)院電力工程水務(wù)設(shè)計(jì)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?邊坡并[3] sY Jaw.C J Chen. Presen Sutums df Scond - Onder Cloure Tubulece Mot-不是整體滑動,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(biāo)準(zhǔn)不好把握。若以此為判據(jù),則不十分準(zhǔn)確.但可作為參考。[4] 補(bǔ)舒棋唐新軍 =種淄流模暝在腧梯溢旋壩數(shù)值模擬中的比較[J].人民當(dāng)折戰(zhàn)系數(shù)為1.318時(shí),滑動面靠坡面一側(cè)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: .開始出現(xiàn)整體滑動,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(dá)中國水利水電科學(xué)6] American Hydn ulie:YHCNMHGNaicoaSunded0.87,滑動跡象明顯,某--水平的塑性變形貫通.坡頂面開始坍for Pump Intake Deaigm[S]. Nem Jenay: American Hydranlie Intitute ,1998.塌,可認(rèn)為此時(shí)邊坡開始失穩(wěn)。用簡化Bishop邊坡計(jì)算方法計(jì)[責(zé)任編輯張華巖]●148.