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泵站进水池数值模拟优化设计分析
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摘要：进水池对水泵进水流态影响较大。利用CFD软件，对某河口泵站进水池进行三维数值模拟计算。受场地制约，通过对比不同尺寸下进水池流量分布的均匀性、静压分布和流态分布，分析alart-Allmaras[6]单方程模型为湍流数值模拟方法。接受二阶迎风格式，隐式求解。利用SIMPLEC算法实现压力和速度耦合。进口边界条件接受速度进口条件，在进水池进口面处，给定流速值。出口条件接受压力出口条件，在泵装置进水流道出口处，给定压力值。在接近固壁的区域接受了标准壁面函数，固壁面接受无滑移边界条件。

二、优化设计及分析

1．长度方向尺寸优化由于常规设计中进水池为方形，对水流影响较大，将其直角部分切割，并建立三种不同长度及倾斜角的进水池，进行CFD模拟计算，对应的泵站进水侧流道示意图如图3所示。（1）流量偏差长度方向不同尺寸时进水侧流道数值模拟计算结果，如表1所示。这四个方案计算工况下，流道总流量全都，均接近于235m3/s，满足设计要求。水头损失是是衡量流道性能的重要指标。从原方案至方案四，水头损失及流量偏差比依次降低，其中由原方案至方案二，由方案三至方案四时，降低幅度较大，说明沿长度方向尺寸的变化对进水池水力性能影响较大。（2）静压分布图3为长度方向不同尺寸时进水侧流道静压分布图。由图可见，进水池上方靠泵侧均有局部高压，说明水流对进水池的冲击主要集中在此处。方案二至方案四中，进水池下方处压力面有高压，这主要是由于由于重力作用，水流在水池底部压强较大。（3）流线分布图图4为沿长度方向不同尺寸泵站进水侧各方案的流线分布图。由图可见，进水口处流态平稳，泵装置出水流道处，由于面积较小，流速增大。整体来看，原方案中流态最为混乱，回流面积最大，原方案至方案四，回流面积依次削减，但仍有较大面积的回流现象。2．宽度方向尺寸优化由于方案四中水流在水平方向仍有较大面积的回流及漩涡现象，为进一步削减回流状况，在宽度方向建立两种不同倾斜角的进水池，方案五在方案四的基础上，将进水池收缩倾角减小，方案六在方案五的基础上，收缩过渡段做成喇叭状，不同方案泵站进水侧流道示意图如图5所示。（1）计算结果宽度方向不同尺寸时进水侧流道数值模拟计算结果，如表2所示。各方案水头损失相差不大，其中，方案五水头损失最小、流量偏差比最小，说明其进入四个泵装置进水流道的流量较为均匀。（2）流速分布图图6为宽度方向不同尺寸进水侧流道流速分布图。由图可见，方案五与方案六较方案四，在水平面上的回流面积有大幅削减；而方案六中，由于喇叭状收缩段，产生脱流现象，从而导致水力损失的增大。3．高度方向尺寸优化由于方案五中水流在进水池下方回流面积较大，为进一步减弱回流，减小水头损失，在高度方向建立两种不同倾斜角的进水池。方案七在方案五的基础上，在进水池靠泵侧上方使过渡更加平滑；方案八在方案七的基础上，在进水池靠进口侧下方使过渡更加平滑，不同方案泵站进水侧流道示意图如图7所示。（1）计算结果宽度方向不同尺寸时进水侧流道数值模拟计算结果，。各方案水头损失依次减小，其中，方案八水头损失最小。另外，各方案的流量偏差比相差较小，方案七流量偏差比最小，说明其进入四个泵装置进水流道的流量最为均匀。（2）流速分布图图8为沿高度方向