cfd技术在雨水泵站设计中应用

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1、CFD技术在雨水泵站设计中应用　　摘要：在某雨水泵站设计中，采用ANSYSCFX12.1计算流体分析软件对泵站进水流道进行了数值流场计算，分析了不同工况下泵站的流场结构，对雨水泵站的设计及运行提出了建议。关键词：雨水泵站；CFD中图分类号：TU18文献标识码：A文章编号：CFD在最近20年中得到飞速的发展,并在近几年广泛的应用于分析和改进泵站设计以及水力性能的计算等方面[1]。采用CFD软件进行数值模拟,能在短时间内较为准确地预测水泵装置的性能,并通过改变各种参数来达到最佳设计效果,为下一步的水泵装置模型试验提供了指导,

2、节省了试验所需的人力、物力和时间[2]。1工程概况该雨水泵站设计规模13.6m3/s，采用6台潜水轴流泵，单泵设计流量2.27m3/s，设计杨程8.8m。图12雨水泵站平面图、剖面图2计算边界条件6由于格栅栅条分布均匀且对称布置,具有一定的稳流作用，可以认为此处的来流流速均匀分布，因此，将格栅后集水池至雨水泵出水管部分作为本次计算区域，并根据计算流体力学的特点，将出水管适当延长，减少出口边界条件对计算区域的影响。计算采用三维建模软件UGNX7.5，采用ANSYSCFX12.1计算流体分析软件进行分析。计算区域建模如图2所

3、示。图2雨水泵站建模几何外形图3数值模拟结果分析泵站集水池的几何尺寸的不同会导致集水池内水流状态的差异，进而影响水泵的运行状态及效率，严重的会造成水泵叶轮汽蚀，降低水泵使用寿命。影响水泵运行的水利现象主要体现在以下两个方面：3.1水泵吸入口处的旋流角。水泵吸入口产生旋流的主要原因通常是由于进水渠道中流速分布不对称引起的。旋流角过大会打乱水泵吸入口处的入流状态，导致水泵电机过载运行，引起机械故障，因此，必须采取措施减小旋流角。目前国际上通用的标准为美国水力协会要求的最大旋流角允许值为5°，最大旋流角为7°。3.26速度偏差

4、。速度偏差指水泵吸入口处入流速度的分布不均匀。吸入口处入流速度分布越均匀，水泵运行状态就越好，显著的非均匀入流会在水泵叶轮引起荷载震动，导致水泵效率下降。按照美国水力协会要求水泵吸入口轴向速度分布平均值的偏差应≤10%。针对上述问题，根据雨水泵的规格参数及布置，分别对如下三种工况进行了CFD数值模拟。工况1：6台泵全部开启；工况2：最外面两台泵开启；工况3：最外面一台泵开启；对三种工况的CFD模拟结果如下：图3工况1泵站整体流动状态图图4工况2泵站整体流动状态图图5工况3泵站整体流动状态图由图3~图5可知，上述三种工况下

5、，由于集水池底部坡度的存在，使得该点水流产生了旋流涡动。但旋流缓慢，对水泵运行影响较小。由图3可知，工况1由于6台雨水泵全开，前池水流整体流线基本左右对称。流体汇聚流向喇叭口，越靠近喇叭口，速度越大。在喇叭口处，流速平行于吸水管轴线，偏离角度很小，水泵进口条件较好。水泵入口来流旋转角度及速度偏差见表1。6表1工况1水泵入口来流旋转角及速度偏差由表1可以看出，当6台水泵运行时，在水泵入口最大速度偏差为6.41%，最大旋流角度4.83，均小于ANSI/HI9.8-1998中的规定。这种工况下，集水池内的水流状态不会对水泵的运

6、行产生严重的影响。有图4可知，工况2由于两台水泵分别运行于泵池的两边，泵站内的水流基本对称，但在集水池末端存在漩涡流动。在集水池水面上存在明显的漩涡流动。进水流道中流动不均匀，在工作水泵的进水流道中速度较大，在其他水泵的进水流道中速度较小，且存在低速带，易造成死水区域。水泵入口来流旋转角度及速度偏差见表2。表2工况2水泵入口来流旋转角及速度偏差由表2可以看出，当2台水泵运行时，在水泵入口最大速度偏差为5.78%，最大旋流角度3.58，均小于ANSI/HI9.8-1998中的规定。这种工况下，集水池内的水流状态不会对水泵的

7、运行产生严重的影响。6有图5可知，工况3由于只有泵池最左侧的1台泵运行，泵池内的水流比较紊乱，水流会通过集水池中隔墙的开孔从右侧向左侧流动，造成左侧集水池内的侧向入流，在左侧集水池及水泵进水流道处形成漩涡。水泵入口来流旋转角度及速度偏差见表3。表3工况3水泵入口来流旋转角及速度偏差由表3可以看出，当1台水泵运行时，在水泵入口速度偏差为6.41%，旋流角度3.31，均小于ANSI/HI9.8-1998中的规定。这种工况下，集水池内的水流状态不会对水泵的运行产生严重的影响。4结语采用ANSYSCFX12.1计算流体分析软件对

8、泵站进水流道进行了数值流场计算分析，结果表明：（1）三种工况条件下，最大速度偏差不大于10%，来流旋流角最大值不大于5度，满足ANSI/HI9.8-1998中的规定，不会对水泵入流造成严重影响[3]。（1）当雨水泵左右对称开启时，前池水流整体流线基本左右对称。在水泵吸入口处，流速平行于吸水管轴线，偏离角度很小，水泵进