青草沙南汇北泵站取水母管最佳管径研究.pdf

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1、第6期(总第163期)2012年12月中网亏丛譬霜CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．6《SeriaINo．163)Dec．2012DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2012．06．016青草沙南汇北泵站取水母管最佳管径研究韩蒙(上海青草沙投资建设发展有限公司，上海2{)1206)摘要：针对青草沙南汇北泵站取水母管最佳管径优化问题，应用ANSYSWorkbench建立母管参数化模型，进行模拟计算。给出不同母管口径的水头损失。通过ANSYS寻优算法寻找最佳的母管口径，为母管的工程设计提供理论依据。

2、关键词：串联增压泵站；取水母管；最佳管径中图分类号：TU991．13文献标志码：A文章编号：1004—4655(2012)06—0045—031项目概况青草沙水源地原水工程总规模719万m3／d。它的建成可填补2020年上海市原水缺口，形成“两江并举，j足鼎立”的水源地供水格局。青草沙水源地原水工程包括4项陆域输水支线工程，其中南汇支线工程输水线路最长，约46km，并在中途设南汇北增压泵站1座。南汇支线输水规模128万m3／d，受水厂为现状的Jil沙、航头、惠南水厂和规划的南汇北、南汇南水厂，南汇北泵站规模88万m’／d。南汇北泵站属大型

3、增压泵站，采用管道串联增压方式增压，设5台增压水泵，4用1备，并为远期预留1台泵位。水泵规格：Q=9808m’／h、H=45．2m。增压水泵从取水母管取水。增压泵站管线布置见图l。图1南,r：ltc泵站增压泵站管线布置图收稿日期：2012-08—14管道串联增压泵站取水系统中，不同口径母管的水流流态不同，产生的水头损失也不同。为了减小水头损失，提高效率，有必要对不同口径母管的水头损失进行研究，找出最佳母管口经，以减少水头损失，节约运行成本。南汇北泵站母管变化范围是2400～3600mm。为了寻找南汇北泵站母管的最佳管径，在这个变化范围中间

4、选取了lo种不同的母管管径进行计算，得到这lO种管径下的系统能量损失和水头损失，以及水头损失和母管管径之间的关系曲线。但是生成的这种曲线只能粗糙地反映这两者之间的关系。为了准确得到最佳的母管管径，需要采用更精确的寻优方法。为此根据南汇北泵站的水泵配置，应用ANSYSWorkbench建立母管参数化模型，进行模拟计算，给出不同母管口径的水头损失，通过ANSYS寻优算法寻找最佳的母管口径，为母管的工程设计提供理论依据。2优化设计原理优化设计是一种寻求确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需要的支

5、出(如质量、费用、人力、体积)最小。也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案。设计方案的任何方面都是可以优化的，比如，尺寸(如厚度、长度)、形状(如过渡圆角的大小)、支撑位置、制造费用、自振频率、材料特性等。优化作为一种数学方法，通常是利用对解析函数求极值的方法来达到寻求最优值的目的。基于数值分析技术的CAE(计算机辅助设计)方法，显45中国彳益譬有韩蒙：青草沙南fE；II：,泵站取水母管最佳管径研究2012年第6期然不可能对我们的目标得到一个解析函数，CAE计算所求得的结果只是一个数值。然而，样条插值技术又使CAE中的优化成为可能，

6、多个数值点可以利用插值技术形成一条连续的可用函数表达的曲线或曲面，如此便回到了数学意义上的极值优化技术上来。实际工程需要多个优化目标，工程中需要产品的总体性能较好，而不仅是某项指标最好。ANSYSDesignXplorer是功能强大而方便易用的多目标优化模块，实际上，所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。本研究使用Pro／E和ANSYS软件在AWE(ANSYSWorkbench协同优化分析设计软件平台)环境下实现优化设计、寻求最佳母管管径。AWE环境下数值优化的过程框图见图2。CAD参数化建模P～琴鼍{咂三至多il慝蒜涮：l：l

7、Il-I{改变I-●I●I●I孥茨狯1』乒优化结果变量直接传递设计变量图2AWE环境下数值优化的过程框图3最佳母管管径优化研究3．1模型建立及模拟计算1)寻优范同。本研究只需要对母管管径寻优，因此截取了母管以及和母管相连的一小段进行分析。通过DesignModeler建模软件，建立参数化模型，对母管管径参数化。母管管径的寻优范围是2400～3600mm，得到的模型见图3。2)生成网格。利用WorkbenchMeshing软件模块生成四面体有限元网格图(见图4)，为了能更好地捕捉壁面上的流动，在靠近边界处添加边界层，网格数量级1．6E5。3

8、)边界条件。假定6台水泵泵位中第l、3、4、466号泵(泵位编号顺序白上而下)对称运行。壁面粗糙度0．3mm，边界无滑移。左端的2个人口给压力边界条件，右端l、3、4、6出口的流速为2．41m