基于節能目標的泵站進水池體形優化設計

史志鵬　張根廣　劉家春　張子賢　何婷婷　宋莉

摘要：泵站進水池體形的優化是提高泵站效率的重要措施之一。結合泵站設計規范，建立多個進水池模型，通過CFD方法，采用ANSYS15.0軟件對各模型進行數值模擬，預測了吸水管內渦核的位置，分析了進水池內流態、流速分布規律及吸水管內流速分布規律。結果表明，當后壁距和側墻距合理時，吸水管內的渦核屬于水下渦第一類即渦流型，在可接受范圍之內，同時后壁距和側墻距分別定為1.1D（D為水泵吸水喇叭口直徑）和1.25D是可行的；隔墩對調節進水池內的流速分布、改善水流條件具有一定的作用。

關鍵詞：泵站進水池；CFD；渦核；隔墩；流場

泵站工程是水利工程中重要的水工建筑物之一，其承擔著防洪排澇、灌溉引水等多重任務。泵站在各個地區的數量非常多，經多年運行后很多泵站出現水泵空蝕、機組振動、高耗能、工作效率低等問題。劉瑞梅等通過對小型排灌泵站的調研，認為現有排灌泵站存在的主要問題有設備老舊、無法更新，管理不完善，泵站進出水建筑物設計不合理導致進水池內流態紊亂、產生旋渦，水頭損失較大；王梅仙等也同樣認為泵站進出水池的效率對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出水池，可見對泵站進出水池體形的優化設計關系到泵站裝置效率的提高；仇春光等以皂河電灌站水泵進水池為例，采用數值模擬的方法研究了吸水管后壁距對改善進水池流態、減小水頭損失的效果，認為縮小后壁距能改善進水池的水流條件，但其并未給出后壁距的具體可行尺寸；劉梅清等均通過數值模擬的方法對泵站前池的水流流態進行了模擬分析，并驗證了整流措施的有效性，但仍未探討進水池的具體體形尺寸。

筆者結合《泵站設計規范》建立不同的進水池模型，通過CFD方法，采用ANSYS15.0軟件對泵站進水池的流場信息進行模擬分析，評估吸水管內渦核的位置及強度，獲得進水池內流態及吸水管內的流速分布規律等流場信息，確定泵站進水池的有效尺寸，以提高泵站的工作效率，達到節能的目的。

1計算模型及參數

1.1模型設計

泵站進水池模型參數的選擇關系到泵站效率的發揮，然而對進水池參數的選擇并無統一的原則，很多文獻只研究了某個參數的取值范圍。為了獲得最優的體形，泵站進水池模型的設計尺寸在遵循《泵站設計規范》的基礎上稍有調整，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，吸水管中心至側墻的距離（以下簡稱側墻距）依次為1.16D、1.25D和1.33D即2.10、2.25、2.40 m。設計單機組、無隔墩、有隔墩3種計算模型（見圖1）。