低扬程泵站进、出水流道优化设计研究.doc

低扬程泵站进、出水流道优化设计研究南水北调中线工程作为缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程,2014年汛后起向北京供水。通水初期,沿线各省市境内配套工程正在建设,所接纳的水量尚未达预计规模,有剩余水量可以到达末端北京。在此基础上,为保证城市能够稳定和有效的接纳中线工程来水,提出建设南水北调来水调入密云水库调蓄工程,从而应对城市生产生活用水的消耗量与丹江口水库之水入京量不相匹配的问题;也可以使近将枯竭的密云水库再展蓄水作用;另外还可以将南水北调来水输送至北京各个区县新城,为进一步发挥南水北调供水效益创造条件。南水北调来水调入密云水库调蓄工程通过建设多座梯级泵站,利用原有的京密引水渠反向输水至密云水库。大水量输水且多级提升,如何通过技术手段合理设计将泵站效率提高、能耗降低,使工程运行成本最低、效益最大化,是需要重点研究的问题。工程下段新建的7座泵站流量大、扬程低,采用轴流泵、混流泵泵型,需要对进水流道、出水流道型式和尺寸进行研究、提出合理设计,以使整个泵站的装置系统效率达到最优,有效降低泵站的运行能耗及成本。拟在参照已有经验进行流道设计后,利用计算流体力学(CFD)建立模型,进行数值模拟。通过求解的结果,对流道设置进行分析预测,并进一步优化设计,最终使流道的结构型式和尺寸更为合理。本文采用数值模拟和物理模型试验的方法,围绕进、出水流道内水体湍流流动特性,对低扬程泵站进、出水流道进行优化设计和研究。该研究基于流体非稳态的连续方程与Navier-Stokes方程,采用目前在行业内应用最为广泛的Fluent商用软件,模拟流动过程,预测水泵装置的性能、优化水泵装置的设计。与此同时,开展了水泵装置的物理模型试验,进行了效率测试(能量测试),对数值模拟的结果进行检查和确认,验证可靠性。分析、对比数值模拟辅以物理模型试验的结果可以得出:选用肘形进水流道和虹吸式出水流道,与大流量、低扬程的轴流泵和混流泵进行组合,水泵装置效率能够达预期要求,可为泵站设计提供有力依据。