一體化預製泵站的流體分析

分析背景

一體(ti) 化預製泵站是替代傳(chuan) 統排水泵站的理想解決(jue) 方案，屬於(yu) 集成式18新利娱乐手机版。一體(ti) 化預製泵站為(wei) 交鑰匙工程,泵站的筒體(ti) 采用加厚型機械纏繞玻璃鋼材質製成。一體(ti) 化預製泵站以強大的流體(ti) 提升和輸送能力，在城市水循環係統和正在興(xing) 起的海綿城市工程中得到了廣泛應用"。一體(ti) 化預製泵站避免了傳(chuan) 統泵站存在的一些缺點，並能為(wei) 清水和汙水提供足夠的勢能和壓能,因此具有很高的工程應用和研究價(jia) 值。作為(wei) 一個(ge) 複雜的流體(ti) 動力係統，一體(ti) 化預製泵站泵內(nei) 不良流動會(hui) 導致泵產(chan) 生振動、氣蝕、噪聲,並且降低泵的能量性能。當一體(ti) 化預製泵站應用於(yu) 提升汙水時，內(nei) 部的介質為(wei) 兩(liang) 相甚至更多相流動，在筒體(ti) 底部可能出現沉積現象中-4。若雜質進入輸送泵,則泵可能造成泵過流部件磨損。若泵流道設計不合理或泵運行參數不在理想範圍內(nei) ,則泵流道內(nei) 可能發生阻塞,嚴(yan) 重威脅整個(ge) 泵站的穩定性。通常采用數值模擬方法對一體(ti) 化預製泵站內(nei) 部流場進行計算流體(ti) 動力學分析，從(cong) 而判別筒體(ti) 底部形狀設計的優(you) 劣。

針對一體(ti) 化預製泵站筒體(ti) 內(nei) 部有汙泥沉積，且在長期沉澱後導致硫化氫等有害氣體(ti) 聚集，進而威脅到下井維護人員的人身安全問題,筆者對一體(ti) 化預製泵站進行流體(ti) 動力學仿真分析，研究在汙水泵提升汙水時運行流態是否穩定均勻，有無湍流或旋渦沉澱現象，從(cong) 而盡可能避免中毒事件發生，同時也為(wei) 企業(ye) 提供筒體(ti) 的設計參考。筆者以廣東(dong) 某公司提供的LY-GRP一體(ti) 化預製泵站為(wei) 例,基於(yu) ANSYS 軟件對一體(ti) 化預製泵站進行流體(ti) 仿真分析。該一體(ti) 化預製泵站筒體(ti) 直徑為(wei) 3 500 mm,高為(wei) 9300 mm,結構如圖1所示。

2 理論分析

一體(ti) 化預製泵站內(nei) 部的流態優(you) 劣取決(jue) 於(yu) 汙水泵進水口的入流條件。在汙水泵提升汙水時，應用計算流體(ti) 動力學方法分析一體(ti) 化預製泵站筒體(ti) 內(nei) 部的流場，以此來觀察泵站的運行流態。筆者采用國際上運用廣泛的 ANSYS 有限元分析軟件,對一體(ti) 化預製泵站進行計算流體(ti) 動力學仿真分析，過程主要包括三維造型、網格劃分、前處理、流場求解、後處理五個(ge) 階段!。計算流體(ti) 動力學仿真分析流程如圖2所示。

泵站內(nei) 流體(ti) 的流動遵循質量守恒、能量守恒、動量守恒定律，這些定律可以用相應的控製方程進行描述，筆者分析的泵站，內(nei) 部流體(ti) 流動為(wei) 三維不可壓縮湍流流動。對於(yu) 湍流，在工程上廣泛采用的方法是對瞬態納維-斯托克斯方程進行時均化，同時補充其它方程來反映湍流特性，組成封閉方程組後再進行求解“-1分析時,采用 RNG 4-ε模型對湍流進行求解，這是對瞬態納維-斯托克斯方程進行重整化群數學方法推導出來的模型,精度較高,在流線曲率大、有旋渦及旋轉R-10的葉輪機械內(nei) 部流場中更加適用。

仿真分析

采用 SolidWorks 三維軟件對一體(ti) 化預製泵站過流區域進行三維模型建造,三維模型如圖3所示。

一體(ti) 化預製泵站內(nei) 的流體(ti) 為(wei) 連續流動的流體(ti) ，直接求解泵站內(nei) 連續流動的流體(ti) 難度很大。因此，在使用計算流體(ti) 動力學軟件對模型進行仿真之前，需要借助網格劃分將連續流動的流體(ti) 離散化，並求解離散化方程組，這樣可以大大降低數值計算難度，並提高求解精度。在 ANSYS 軟件中對整個(ge) 流體(ti) 進行四麵體(ti) 非結構網格劃分,如圖4所示，並對泵出水管道葉輪區域進行局部加密，

采用 ANSYS CFX 流體(ti) 分析及仿真軟件對一體(ti) 化預製泵站內(nei) 部流動進行計算流體(ti) 動力學仿真分析。根據泵站內(nei) 部流體(ti) 流動的特點和對計算結果收斂性的預期,將泵站進口流速設置為(wei) 恒定速度,將出口流速設置為(wei) 自由流出，葉輪與(yu) 靜止部件間的交界麵設置為(wei) 轉子凍結,其餘(yu) 固體(ti) 壁麵均設置為(wei) 光滑無滑移壁麵條件，同時開啟兩(liang) 台水泵進行計算流體(ti) 動力學仿真分析，觀察流場分布。水泵啟動時的計算域如圖 5 所示。

筒體(ti) 內(nei) 部三維流場分布如圖6所示。通過泵站在啟動狀態下筒體(ti) 內(nei) 部三維流線及速度矢量分布，可以看出水流從(cong) 泵站進口流入後,均勻流向水泵兩(liang) 側(ce) ，水泵吸入口的入流未出現明顯湍流現象，水泵吸入口附近流速較大，具備較強的抽吸力。

為(wei) 了更仔細地觀察筒體(ti) 底部流場，分別在筒體(ti) 內(nei) 部前後不同位置設置截麵，查看流線和矢量分布。前後不同位置截麵如圖7所示，從(cong) 前往後依次為(wei) Y1~Y4截麵。前後不同截麵流線圖如圖8所示，速度矢量分布如圖9所示。

筒體(ti) 內(nei) 不同高度截麵如圖10 所示,從(cong) 下往上依次為(wei) Z1~Z4 截麵。查看不同高度截麵上的流線及矢量分布，不同高度截麵流線圖如圖 11所示,不同高度截麵速度矢量分布如圖 12 所示: