一體化泵站水力性能CFD研究.pdf

1、傳統(tǒng)的混凝土泵站投資大，建設周期長，消耗人力物力多，且占地面積大，不利于美觀的要求。一體化預制泵站憑借著機動靈活，泵站建設周期極短，安裝簡便的優(yōu)點逐漸被大家認可且已在工程中得到了很好的應用。本文針對一體化泵站幾何參數對其水力性能的影響展開CFD模擬，研究不同水泵安裝位置、底部形式和導水錐幾何尺寸對其水力性能的影響。研究結果對一體化泵站的安裝生產以及水力性能的改善有一定的指導意義。
　　(1)運用商用軟件ANSYS14.5，對一體化

2、泵站進行數值模擬。通過網格無關性分析，集水池部分網格總數確定為120萬量級。采用標準k-占紊流模型作為計算模型。
　　(2)兩臺泵連線與集水池中心間距（中心距）的改變對兩水泵的效率影響較小，而對水泵葉輪室進口流速均勻度和速度加權平均角影響較大。當中心距L=0.4R時，兩葉輪室進口流速均勻度和速度加權平均角都較好。當L=0.2R時，由于管道與后方壁面間距較大，使得這部分水體的自由度較大，產生較大漩渦，流態(tài)較差，當L=0.6R時，雖管

3、道后方與壁面間流態(tài)得到改善，但會使得管道距前方壁面距離過大，造成集水池中間區(qū)域流態(tài)較差。
　　(3)兩臺泵連線的距離（泵間距）的改變對兩水泵的效率影響較小，而對兩葉輪室進口流速均勻度和速度加權平均角影響較大。當泵間距S=0.6R時，葉輪室進口流速均勻度最高，隨著泵間距的增加，均勻度有一個較明顯的下降。當S=0.6R時，葉輪室進口速度加權平均角也較高。從流線和速度分布圖可以看出，泵間距S=0.6R時流態(tài)較好，沒有明顯惡劣的流態(tài)，而隨

4、著泵間距的擴大，流態(tài)變得惡劣。
　　(4)喇叭管入口距底部的垂直距離（懸空高）的改變對兩水泵的效率影響較小，而對兩葉輪室進口流速均勻度和速度加權平均角影響較大。雖然懸空高H=0.3D時管道Ⅰ的葉輪室進口流速均勻度和速度加權平均角相比較其他方案最高，但管道Ⅱ的最低，同樣當懸空高H=0.9時雖管道Ⅱ的葉輪室進口流速均勻度和速度加權平均角比較其他方案最高，但管道Ⅰ的最低。對于流線和流速來說，H=0.3D時流線分布較好，但是喇叭管入口附近

5、水體速度較低，雖然H=0.9D時，喇叭管入口流速較高，但是考慮到一體化泵站的排污，底部水體的速度應達到雜質顆粒的啟動速度，懸空高過高會使得底部流速偏低，不利于一體化泵站的排污。
　　(5)采用CFD數值模擬方法研究圓弧弧度、橢圓弧形底部、斜坡形底部一體化泵站水力性能的影響。數值計算表明:隨著圓弧形底部和橢圓弧形底部弧度的減小，兩臺水泵效率以及所在葉輪室進口的流速均勻度和加權平均角都呈現出增大的趨勢，但采用圓弧形底部的一體化泵站，始

6、終存在一個較為明顯的附底渦，而橢圓弧形的底部流態(tài)較好。采用斜坡形底部的一體泵，隨著底部斜坡角的改變，對一體化泵站水力性能的影響不太明顯。
　　(6)隨著導水錐底徑的擴大，兩水泵所在葉輪室進口的流速均勻度和加權平均角的影響較小，當導水錐底徑寬為（0.5D-0.75D）時，兩水泵的效率值差距較小，當導水錐底徑為(0.75D-1.0D)時，兩水泵效率值有一個較為明顯的下降，所以導水錐底徑寬度不應過大。隨著導水錐高度的增加，對兩水泵的效率

7、以及所在葉輪室進口的流速均勻度和加權平均角影響較小。從流態(tài)上分析，當導水錐高度Hd=0.2D時，兩管道間有一個很為明顯的漩渦，當導水錐高度Hd=0.4D時，喇叭入口所在橫斷面以及喇叭入口下方所在橫斷面流態(tài)不對稱，偏流較為明顯。當Hd=0.3D時，流態(tài)較好。
　　(7)雖然水泵為對稱布置，一體化泵站整體呈現出幾何對稱的形式，但是由于兩水泵葉輪轉動方向一致，其運動形式并不對稱，導致了集水池水流的偏流，使得順水流方向左側水泵Ⅰ的效率以及