基于節(jié)能目標(biāo)的泵站進(jìn)水池體形優(yōu)化設(shè)計(jì)

史志鵬　張根廣　劉家春　張子賢　何婷婷　宋莉

摘要：泵站進(jìn)水池體形的優(yōu)化是提高泵站效率的重要措施之一。結(jié)合泵站設(shè)計(jì)規(guī)范，建立多個(gè)進(jìn)水池模型，通過CFD方法，采用ANSYS15.0軟件對(duì)各模型進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)了吸水管內(nèi)渦核的位置，分析了進(jìn)水池內(nèi)流態(tài)、流速分布規(guī)律及吸水管內(nèi)流速分布規(guī)律。結(jié)果表明，當(dāng)后壁距和側(cè)墻距合理時(shí)，吸水管內(nèi)的渦核屬于水下渦第一類即渦流型，在可接受范圍之內(nèi)，同時(shí)后壁距和側(cè)墻距分別定為1.1D（D為水泵吸水喇叭口直徑）和1.25D是可行的；隔墩對(duì)調(diào)節(jié)進(jìn)水池內(nèi)的流速分布、改善水流條件具有一定的作用。

關(guān)鍵詞：泵站進(jìn)水池；CFD；渦核；隔墩；流場(chǎng)

泵站工程是水利工程中重要的水工建筑物之一，其承擔(dān)著防洪排澇、灌溉引水等多重任務(wù)。泵站在各個(gè)地區(qū)的數(shù)量非常多，經(jīng)多年運(yùn)行后很多泵站出現(xiàn)水泵空蝕、機(jī)組振動(dòng)、高耗能、工作效率低等問題。劉瑞梅等通過對(duì)小型排灌泵站的調(diào)研，認(rèn)為現(xiàn)有排灌泵站存在的主要問題有設(shè)備老舊、無法更新，管理不完善，泵站進(jìn)出水建筑物設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致進(jìn)水池內(nèi)流態(tài)紊亂、產(chǎn)生旋渦，水頭損失較大；王梅仙等也同樣認(rèn)為泵站進(jìn)出水池的效率對(duì)泵站裝置效率的影響易被忽視，有的泵站甚至沒有固定的進(jìn)出水池，可見對(duì)泵站進(jìn)出水池體形的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)系到泵站裝置效率的提高；仇春光等以皂河電灌站水泵進(jìn)水池為例，采用數(shù)值模擬的方法研究了吸水管后壁距對(duì)改善進(jìn)水池流態(tài)、減小水頭損失的效果，認(rèn)為縮小后壁距能改善進(jìn)水池的水流條件，但其并未給出后壁距的具體可行尺寸；劉梅清等均通過數(shù)值模擬的方法對(duì)泵站前池的水流流態(tài)進(jìn)行了模擬分析，并驗(yàn)證了整流措施的有效性，但仍未探討進(jìn)水池的具體體形尺寸。

筆者結(jié)合《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》建立不同的進(jìn)水池模型，通過CFD方法，采用ANSYS15.0軟件對(duì)泵站進(jìn)水池的流場(chǎng)信息進(jìn)行模擬分析，評(píng)估吸水管內(nèi)渦核的位置及強(qiáng)度，獲得進(jìn)水池內(nèi)流態(tài)及吸水管內(nèi)的流速分布規(guī)律等流場(chǎng)信息，確定泵站進(jìn)水池的有效尺寸，以提高泵站的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。

1計(jì)算模型及參數(shù)

1.1模型設(shè)計(jì)

泵站進(jìn)水池模型參數(shù)的選擇關(guān)系到泵站效率的發(fā)揮，然而對(duì)進(jìn)水池參數(shù)的選擇并無統(tǒng)一的原則，很多文獻(xiàn)只研究了某個(gè)參數(shù)的取值范圍。為了獲得最優(yōu)的體形，泵站進(jìn)水池模型的設(shè)計(jì)尺寸在遵循《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》的基礎(chǔ)上稍有調(diào)整，其中：水泵吸水喇叭口直徑D為1.80 m，懸空高度為0.67D即1.20 m，吸水管中心至后壁的距離（以下簡(jiǎn)稱后壁距）依次為D、1.1D和1.3D即1.80、1.98、2.34 m，吸水管中心至側(cè)墻的距離（以下簡(jiǎn)稱側(cè)墻距）依次為1.16D、1.25D和1.33D即2.10、2.25、2.40 m。設(shè)計(jì)單機(jī)組、無隔墩、有隔墩3種計(jì)算模型（見圖1）。