下级泵站的运行配置方式优化方法

为了确定最佳的水泵配置方式，需要对十五种不同的配置方案进行研究。利用ANSYS软件对三维实体模型的数值计算，得到十五种方案下系统的能量损失和水头损失，进而确定最佳的水泵运行配置方案。

（1）几何建模及网格生成

根据研究内容的需要截取需要分析的管道，利用三维建模软件Pro／E生成相关的实体几何。

由于南汇北泵站的母管在左侧。因此只需研究左侧部分，右侧部分不做研究。在ICEM CFD网格生成软件中导入几何文件，根据几何特征，采用非结构化四面体网格来离散计算区域，生成的网格模型如图7-26所示。网格数量级为8.9E5。

（2）湍流模型

工程流体计算中，湍流模型的选取对模拟的准确度有一定的影响。一般来说k-ε模型适用范围广、经济性好、有合理的精度，对于管道稳态湍流流动问题，k-ε模型有很好的适用性，所以选择标准k-ε模型作为湍流模型。

图7-26 左侧网格模型

（3）边界条件

母管管径取3000mm进行计算。设计运行工况下，单泵流量9808m3／h，换算成出口速度为1.539m／s。进口相对压力设为0Pa，边界无滑移。管壁粗糙度查表为0.3mm。

（4）结果分析

如图7-27所示，从上到下对出口进行编号1、2、3、4、5、6。不运行的水泵有2台，分别对应2个出口，将这2个出口的编号作为方案编号。统计得到的能量损失数据列于表7-5。

由于工程中习惯以水头损失的大小来衡量方案的好坏，将能量损失换算成水头损失（表7-6）。由于管道是个多进口多出口的复杂管道系统，换算成水头损失时以所有进口的流量之和作为计算流量Q，P为系统的能量损失。计算水头损失的公式为：

图7-27 方案编号几何模型

表7-5 能量损失数据表 （W）

表7-6 不同组合的计算表 （m）(www.xing528.com)

由表7-6可以看出，方案25的水头损失最小，方案56的水头损失最大。

方案25、方案56的速度矢量图对比如图7-28所示。

图7-28 速度矢量

其中，图a圈内放大图如图7-29所示，图b圈内放大图如图7-30所示。

图7-29 局部放大（方案25）

图7-30 局部放大（方案56）

从放大图中可以看到，方案25的内部流态要更稳定一点。但是不论哪种方案母管内部流态都比较混乱，靠近出口处易产生漩涡。

再根据水头损失，计算得到母管局部阻力系数。

根据公式

式中 V2——母管两进口处的速度平方的平均值

编号25（最佳方案）的系统局部阻力系数ζ为2.00，编号56（最差方案）的系统局部阻力系数ζ为2.47。可见，当上下结构对称时，水头损失小。

通过以上计算和对比分析，可得到以下结论：

①当泵的配置方式上下对称时，系统的损失较小，而且内部的流态也相对稳定。当泵的配置不均衡时，损失较大，内部的流态也比较紊乱。

②最佳方案25和最差方案56的比值n=0.252／0.312×100%=80.6%。可以看出，采用合适的进口配置能有效地减少功率损失，水头损失的减少量近20%。