中新天津生态城青坨子泵站中CFD模拟的应用.pdf

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1、增刊(总第161期)2012年9月中圄彳丛=霜CHINAMUNICIPALENGINEERINGS1(SerialNo．161)Sep．2012DOI：10．3969／j．issn．1004-4655．2012．S1．028中新天津生态城青坨子泵站中CFD模拟的应用杨丽丽1，张鸿斌1，张运山2(1．天津市市政工程设计研究院，天津300051；2．天津生态城市政景观有限公司，天津300486)摘要：应用CFD模拟技术，对中新天津生态城青坨子雨水泵站泵池内的水流状态进行模拟，分析比较了2种工况下水流状

2、态。结果表明，2种工况下水流在管道和闸门井中的运行状态是类似的，在闸门井中均产生一个大的旋涡，在格栅井存在一个很大的循环区，在集水池内会产生一个横向射流。通过对水泵吸入13涡流角、轴向速度及产生漩涡情况的分析，表明水泵的进水条件是可以接受的。提供了水泵运行方式，并在实践中进行了验证。关键词：雨水泵站；水流状态；计算流体力学(CFD)；进水条件；运行方式中图分类号：TU992．25文献标志码：B文章编号：1004-4655(2012)S1—0080-03目前，对于泵站流态和水力性能的研究，主要是通过

3、模型试验进行的。随着计算流体力学(CFD)和计算机技术的飞速发展，可以用数值模型模拟水流在泵池内具体的流动情况，从而为泵站的设计和运行管理提供参考依据¨。3J。雨水泵站集水池的设计会影响到水泵性能的发挥，集水池的设计主要考虑：一是在满足水泵运行要求的前提下，集水池的尺寸设计合理；二是不能使泵产生气蚀现象，损害泵的使用寿命；三是泵的进水管四周进水速度比较均匀，对泵的冲击负荷小，且不降低泵的效率；四是多泵工作时，使每个泵的负荷比较平均，提高多泵效率。如果集水池的形状和布置不当，池内会因流态紊乱，产生旋

4、流而卷入空气，加速泵的磨损；集水池的宽度过大也会产生漩涡、发生偏流和同向流现象；当泵离墙壁比较近时，会造成泵13进水不均匀，降低泵的效率一1。针对生态城青坨子雨水泵站采用CFD技术模拟了泵站集水池基本流态，分析比较了不同工况条件下泵池内水流状态，分析了影响水泵运行的水力现象。1泵站简介青坨子雨水泵站设计流量为14．5m3／s，共设6台水泵，其中5台水泵，单泵流量为2．90m3／s，设计扬程为5．5m。由于降雨初期，雨水溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体，降落地面后，又由于冲

5、刷沥青油毡屋面、沥青混凝土道路、建筑工地等，使得初期雨水中含有大量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质，因此初期雨水的污染程度较高，如果将前期雨水直接排入自然承受水体，将会对水体造成非常严重的污染。所以本次80泵站设计1台水泵，流量为1．74m3／s，设计扬程为5．5m，将初期雨水排人人工湿地，经湿地净化处理后排入河道，后期干净雨水直接排人河道利用，保证了河道水质不受污染。泵站平面图、剖面图如图l所示。2CFD模拟2．1几何建模雨水泵站的设计流量为16．24m3／s，按照1：l的比例

6、创建泵站的3D模型(见图2)。其中P1～P5单泵流量为2．90m3／s；P6流量为1．74m3／s。2．2流场模拟分析对2种不同的水泵运行工况进行模拟。工况1：仅P3运行；工况2：PI—P3同时运行。泵站的水流状态如图2所示。水流在管道中和在水渠中的运行状态在2种情况下是类似的。人流通过进水管被均匀地分成3股，在闸fJ井中产生1个大的旋涡。当水流通过4道闸门的时候会有加速，射流进入集水池。因为进水管和闸门的进水渠道不对齐，所以在格栅井存在一个很大的循环区，并在集水池内会产生一个横向射流：5

7、。2．

8、3对水泵运行不利的水力现象的分析泵站的水流状态会影响到水泵的运行状况及性能，进而影响到水泵的寿命及效率，影响到泵站的运行成本。现主要从水泵运行的3个不利的水力现象，分析泵站设计运行的合理性。1)水泵吸人口处预旋的存在。水泵吸人口处的预旋通常是由进水渠中的速度分布不对称引起的，进而发展为泵人口出现预旋。一般的预旋仅是减少或中回彳政工农杨丽丽，张鸿斌，张运山：中新天津生态城青坨子泵站中cFD模拟的应用2012年增刊，滁避搬3X西2600’{{

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12、．．-+噪声和振动带来的机械故障。目前，比较常见的做法j．。戛童}：：爱暑釜奚藕嘉雾莲君紧≤嚣嚣踹弄瀚．!a)工况1：仪P3运行晒渺图2水泵流态轮廓线及彩色流速线条者提高1个水泵的扬程。相比较而言，大预旋会打乱水泵叶轮的人流从而导致严重的后果，将可能导致水泵的工作点超出允许的范围，导致电机的过载，导致均涡流角计算，该涡流角均低于限值㈨(见表1)。表1平均涡流角水泵工况PIP2P3P4P5P6l0．74020．86。O．3000．02。2)水泵吸入口处的速度分布不均匀。水泵优化运行还