泵站构建池设施整治举措数控摹拟探讨剖析

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1、泵站构建池设施整治举措数控摹拟探讨剖析1关于泵站前池流态，以往主要依靠水泵站物理模型试验进行分析，通常用流速仪测量分布点流速或应用PIV及LDA进行流场显示，近年来，为了提高分析效率和研究更精细流场，CFD成为一种常用的研究手段。城市排水泵站前池的特点是扩散角大、有压管涵进水。有压管涵进水易形成主流居中；扩散角大会造成脱壁回流，进而前池流态紊乱、流速分布不均，引起同池不同水泵运行状态差异大甚至会造成机组振动，因此，对城市排水泵站前池必须研究合适的整流措施。底坎是一种适用于清水泵站前池整流的工程措施，应用于排水泵站则会造成泥沙在池中大量淤积；导流墩整流能有

2、效地改善因扩散角大而造成的不良流态，但在调整有压管涵进水附壁射流形成的不良流态方面作用有限。本文提出用导流板进行整流，并应用CFD对导流板不同布置条件不同工况下的前池流场进行研究分析。2数学模型和计算方法(1)湍流模型。k-£模型是最常用的湍流模型，考虑到前池的流动特点，选用RANS方法中的可行化模型(Realizablek-wModel,Rk-e),因为该模型在模拟强逆压力梯度、射流扩散率、分离、回流、旋转上有较高精度。（2）边壁处理。RANS湍流模拟方法是用时间平均后的N・S方程模拟平均流动，用湍流模型描述湍动，用它模拟带边壁的流场时,必须对边壁加以

3、特别处理，常用的边壁处理方法是壁函数法。（3）自由水面模拟。前池自由水面大多采用“刚盖假定二本文则采用更加接近实际的VOF多相流模型。VOF由Hirt和Nichols（1981）首先提出，是一种跟踪两种或多种互不穿透流体间界面的方法。（4）数值格式。采用非结构化网格剖分计算区域，用有限体积法进行控制方程离散。为保证计算精度，采用二阶迎风格式，隐式求解。（5）计算对象与边界条件。如所示为一典型的城市排水泵站,安装3台水泵机组。前池扩散角8012°,纵向底坡01105,池长1512m；进水箱涵出口断面为4m（宽）x214m（高）的矩形；进水流道进口断面为边长

4、2175m的正方形。本文研究的前池几何形状左右对称,最典型的工况是三机同时运行，通常情况下宏观平均的流场参数也应该是对称的，因此，为节省计算量，仅取对称流场的一半进行计算，见2.根据模型特点和计算条件，计算中给定2所示的边界条件，EP进水箱涵进口Inlet给定流速，进水流道出nOutlet-1和Outlet-2给定出流流速，对称面Symmetry给定对称条件，水池上方边界Top给定大气压力。计算网格单元大约80万。3计算工况与模拟结果导流板布置的主要参数有导流板倾斜角度9＞板下缘悬空高度H1、设置位置L1,如1.要达到整流的效果，则必须改变主流居中状况，

5、则板下缘悬空高度不能太大。板下缘悬空高度也与板设置位置有关，L1较大时，则H1可以设置得大一些。而从水头损失角度，板倾斜角度不宜太小，板下缘悬空高度也不宜太小。上述几个参数之间彼此关联，单纯的理论分析很困难。本文针对不同的导流板倾斜角度0、板下缘悬空高度H1与设置位置L1,选取13个不同计算工况（见1）进行了数值模拟。经过模拟分析，当Hl=115h（h为进口箱涵高度）、板倾斜角度45。、设置位置L1=0142L2（池长）时整流效果最好。对应工况9的模拟结果如3~6所示（箱涵出口断面X=0）o1计算工况4结论（1）采取导流板整流后，水流在平面上基本消除了回

6、流区和漩涡等不良水力现象，进入进水流道的水流趋于均匀，边机组与中间机组水泵进流条件差异小；前池底部流速增大，有利于减少泥沙淤积;水流在立面上存在由前池后壁向内剧烈翻滚的水力现象，水头损失虽有所增加，但对减缓泥沙沉降有利。（2）泵站前池导流板整流效果主要与导流板倾斜角度0导流板下缘悬空高度H1及导流板的设置位置L1有关，通过CFD研究得到：导流板倾斜角度以45。为最佳；导流板下缘悬空高度H1可取115h（进水箱涵高度）；设置位置口取（0140-0145）L2（前池纵向长度）。