基于节能目标的泵站进水池体形优化设计

史志鹏　张根广　刘家春　张子贤　何婷婷　宋莉

摘要：泵站进水池体形的优化是提高泵站效率的重要措施之一。结合泵站设计规范，建立多个进水池模型，通过CFD方法，采用ANSYS15.0软件对各模型进行数值模拟，预测了吸水管内涡核的位置，分析了进水池内流态、流速分布规律及吸水管内流速分布规律。结果表明，当后壁距和侧墙距合理时，吸水管内的涡核属于水下涡第一类即涡流型，在可接受范围之内，同时后壁距和侧墙距分别定为1.1D（D为水泵吸水喇叭口直径）和1.25D是可行的；隔墩对调节进水池内的流速分布、改善水流条件具有一定的作用。

关键词：泵站进水池；CFD；涡核；隔墩；流场

泵站工程是水利工程中重要的水工建筑物之一，其承担着防洪排涝、灌溉引水等多重任务。泵站在各个地区的数量非常多，经多年運行后很多泵站出现水泵空蚀、机组振动、高耗能、工作效率低等问题。刘瑞梅等通过对小型排灌泵站的调研，认为现有排灌泵站存在的主要问题有设备老旧、无法更新，管理不完善，泵站进出水建筑物设计不合理导致进水池内流态紊乱、产生旋涡，水头损失较大；王梅仙等也同样认为泵站进出水池的效率对泵站装置效率的影响易被忽视，有的泵站甚至没有固定的进出水池，可见对泵站进出水池体形的优化设计关系到泵站装置效率的提高；仇春光等以皂河电灌站水泵进水池为例，采用数值模拟的方法研究了吸水管后壁距对改善进水池流态、减小水头损失的效果，认为缩小后壁距能改善进水池的水流条件，但其并未给出后壁距的具体可行尺寸；刘梅清等均通过数值模拟的方法对泵站前池的水流流态进行了模拟分析，并验证了整流措施的有效性，但仍未探讨进水池的具体体形尺寸。

笔者结合《泵站设计规范》建立不同的进水池模型，通过CFD方法，采用ANSYS15.0软件对泵站进水池的流场信息进行模拟分析，评估吸水管内涡核的位置及强度，获得进水池内流态及吸水管内的流速分布规律等流场信息，确定泵站进水池的有效尺寸，以提高泵站的工作效率，达到节能的目的。

1计算模型及参数

1.1模型设计

泵站进水池模型参数的选择关系到泵站效率的发挥，然而对进水池参数的选择并无统一的原则，很多文献只研究了某个参数的取值范围。为了获得最优的体形，泵站进水池模型的设计尺寸在遵循《泵站设计规范》的基础上稍有调整，其中：水泵吸水喇叭口直径D为1.80 m，悬空高度为0.67D即1.20 m，吸水管中心至后壁的距离（以下简称后壁距）依次为D、1.1D和1.3D即1.80、1.98、2.34 m，吸水管中心至侧墙的距离（以下简称侧墙距）依次为1.16D、1.25D和1.33D即2.10、2.25、2.40 m。设计单机组、无隔墩、有隔墩3种计算模型（见图1）。