2.2　侧向进水泵站流态基本特征

纵观国内大中型泵站,虽然侧向进水形式由于机组台数和布置形式的不同而千差万别,其形式大致可归纳为以下几种类型,如图2.1所示。

泵站侧向进水水流流动从本质上讲是水流的转向流动即弯道水流。弯道水流是一种最常见的也是最复杂的水流现象,转向流动所形成的离心力与水流惯性,重力及边壁糙率等因素综合作用,产生断面横向二次流并导致螺旋流动。水流沿弯道流动时,在一定条件下,水流会脱离边界,形成水流脱流区。脱流区的存在和弯道水流螺旋流动是导致泵站侧向进水流态紊乱的重要原因之一。

在侧向进水的泵站中,由于水体转弯产生向外侧的离心力,使得水从渠道的直段向弯道过渡时,外侧压力升高,而内侧压力降低,外侧流速减少,内侧流速相应增大。因此弯道中外侧水体有扩散趋势,内侧水体有收缩趋势。当水体出弯向进水池过渡时,情况恰恰相反,内侧水体有扩散趋势,外侧水体有收缩趋势。这一种扩散趋势导致流体脱离边壁而形成涡流区,并且弯道中由于水体受惯性作用而产生流向外侧的趋势,更加剧了这一脱流作用。这就是侧向进水泵站进水池进口外侧和前池内侧易发生脱流的主要原因。脱流区的存在导致前池过流断面显著缩小,形成泵站行近流速在纵向分布不均匀,在泵站前池就更易产生大面积的回流区及泥沙淤积区,直接影响泵站的正常可靠运行。

因此,侧向进水泵站前池流态表现为以下几点特性:

(1)水流由于离心力的作用,必然使得凹岸水面升高、凸岸水面降低形成水面横比降。

(2)水流断面存在较强的二次横向回流,回流与主流形成特殊的螺旋流动。

(3)水流流速在纵向、水深、宽度方向重新分布,主流与面流方向不一致。

(4)水流在进水池和前池产生脱流。

(5)由于二次回流和脱流及流速重分布引起水力局部损失增加。

其中流速重分布、脱流是侧向进水水流最重要和影响最显著的特征。