地下泵站進(jìn)水流道數(shù)值模擬與方案優(yōu)化

收稿日期： 2022-10-19； 修回日期： 2023-02-14； 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間： 2024-06-24

網(wǎng)絡(luò)出版地址： https：//link.cnki.net/urlid/32.1814.TH.20240621.1304.014

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（52179082，51609265）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0401808）

第一作者簡(jiǎn)介： 李甲振（1989—），男，山東泰安人，高級(jí)工程師，博士（通信作者，neji1989@126.com），主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究.

第二作者簡(jiǎn)介： 王濤（1975—），女，河南南陽(yáng)人，正高級(jí)工程師，博士（wangtao@iwhr.com），主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究.

摘要： 以典型地下泵站的進(jìn)水流道為研究對(duì)象，建立數(shù)值仿真模型，分析設(shè)計(jì)方案的水力特性及存在不足，并給出優(yōu)化方案.研究結(jié)果表明：在原方案中，外側(cè)水泵進(jìn)水管入口中心和圓洞出口中心的連線與來(lái)流方向的夾角達(dá)到70°，水流大角度偏轉(zhuǎn)，并在進(jìn)水管入口出現(xiàn)脫流現(xiàn)象，水頭損失系數(shù)達(dá)到2.31～2.44，水泵進(jìn)水管出口的流速分布均勻度為95.09%～96.80%，速度加權(quán)平均角為86.51°～87.41°，原方案的圓洞突擴(kuò)進(jìn)入壓力罐，然后突縮進(jìn)入水泵的進(jìn)水管，且壓力罐內(nèi)無(wú)任何導(dǎo)流措施，致使局部流道產(chǎn)生了較大的水頭損失；優(yōu)化方案提出了“集管+岔管”的分流措施，通過(guò)2個(gè)60°彎頭實(shí)現(xiàn)水流流向的偏移，平面和垂直方向均沒(méi)有突擴(kuò)或突縮結(jié)構(gòu)，水頭損失系數(shù)減小至0.93～1.07，優(yōu)化方案不僅改善了流道的水力性能，也避免了開(kāi)挖、襯砌壓力罐.研究結(jié)果可為類似地下泵站進(jìn)水流道設(shè)計(jì)提供一定依據(jù).

關(guān)鍵詞： 地下泵站；進(jìn)水流道；水力性能；評(píng)價(jià)指標(biāo)；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)： S277.9；TV135" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Anbsp; 文章編號(hào)： 1674-8530（2024）07-0663-07

DOI：10.3969/j.issn.1674-8530.22.0224開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

李甲振，王濤，薛興祖，等.地下泵站進(jìn)水流道數(shù)值模擬與方案優(yōu)化［J］. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2024，42（7）：663-669.

LI Jiazhen， WANG Tao， XUE Xingzu， et al. Numerical simulation and design optimization on flow passage of underground pump station［J］. Journal of drainage and irrigation machinery engineering（JDIME）， 2024， 42（7）： 663-669. （in Chinese）

Numerical simulation and design optimization on flow

passage of underground pump station

LI Jiazhen1*， WANG Tao1， XUE Xingzu2， GUO Yongxin1， FU Hui1， JI Changzhi3

（1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin， China Institute of Water Resources and Hydropower Research， Beijing 100038， China; 2. Jilin Province Water Resources and Hydropower Consultative Company， Changchun， Jilin 130021， China; 3. China Three Gorges Construction Engineering Corporation， Chengdu， Sichuan 610023， China）

Abstract： Taking the flow passage of an underground pump station as a case study， the numerical si-mulation model were established. The hydraulic performance and defects of designed layout was analyzed， moreover， the optimal layout was presented. The results show that the flow separation occurres at the entrance of inlet pipe in the designed layout， which resultes from the large intersection angle of 70° between the inflow direction and the connection line from the center of inlet pipe entrance to that of the circular tunnel outlet. The head loss coefficient reaches 2.31-2.44， while the flow velocity distribution uniformity and velocity weighted average angle are 95.09%-96.80% and 86.51°-87.41°， respectively. The pressure tank connectes the foregoing circular tank using sudden expansion cross-section and the following inlet pipe using abrupt contraction， without any guidance structure， which lead to large head loss coefficient. The optimal layout adoptes manifold tube and branch pipes to distribute water flow and two 60° elbows to offset the flow. There is no sudden expansion or contraction structure， and the head loss coefficient is largely reduced to 0.93-1.07. The hydraulic performance is improved， and the excavation and lining of pressure tank are avoided. The research results can serve as guidance for other similar projects.

Key words： underground pump station；flow passage；hydraulic performance；evaluation index；numerical simulation

進(jìn)水流道連接水源和泵站，其作用是將水由取水建筑物導(dǎo)入水泵.進(jìn)水流道的水力性能不僅關(guān)系到泵站的安全運(yùn)行，而且對(duì)工程的建設(shè)投資和高效運(yùn)行有重要影響.進(jìn)水流道設(shè)計(jì)要求前池長(zhǎng)度較短，水平擴(kuò)散角較大，水流順暢，流速均勻，無(wú)死水區(qū)、回流區(qū)及各種旋渦等，否則易發(fā)生吸氣旋渦、泥沙淤積等問(wèn)題［1-2］.為此，研究人員針對(duì)不同型式的進(jìn)水流道開(kāi)展模型試驗(yàn)、數(shù)值仿真研究，并給出各種優(yōu)化方案.

白玉川等［3］提出傾斜型與順直型導(dǎo)流墩組合的導(dǎo)流墩方案（前池縱橫比為0.263），解決了主流集中、擴(kuò)散不充分、水流偏斜和回流等問(wèn)題.付輝等［4］針對(duì)核電站超窄泵房（前池縱橫比為0.193）提出了半圓形擴(kuò)散墩和懸空隔板結(jié)合的布置方案，消除了水體大幅紊動(dòng)、壅高和強(qiáng)回流等缺陷.秦曉等［5］將火電廠循環(huán)泵房（前池水平擴(kuò)散角為60°，吸水室長(zhǎng)度為5.7倍喇叭口直徑）的消能橫梁寬度由1.8 m增大至3.5 m，顯著提高了消能勻流效果.于永海等［6］采用導(dǎo)流板方案，認(rèn)為導(dǎo)流板的整流效果與導(dǎo)流板傾斜角度、下緣懸空高度和位置有關(guān)，建議壓水板的傾斜角度采用45°，下緣懸空高度為1.5倍進(jìn)水箱涵高度，設(shè)置在0.40～0.45倍前池縱向長(zhǎng)度的位置.夏臣智等［7］采用了單排方柱的整流方案，建議單排方柱放置在0.6倍前池長(zhǎng)度位置，寬度為前池寬度的0.05倍.

針對(duì)泵站側(cè)向進(jìn)水，前池流向與進(jìn)水池流向呈一定角度的情形，劉超等［8］、周濟(jì)人等［9］分別給出Y形導(dǎo)流墩和底坎、導(dǎo)流墻組合的整流方案，并分析了導(dǎo)流墩促使水流向彎道內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)、消除大尺度回流以及底坎促使水流混摻重構(gòu)、再次重新分布的整流機(jī)理.黃春華等［10］通過(guò)江都抽水泵站現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，證實(shí)了Y形導(dǎo)流墩和底坎在減緩泥沙淤積、降低運(yùn)行噪聲和振動(dòng)中的作用.羅燦等［11］給出了三段型隔墩、立柱和后隔板組合的整流方案.馮倜倜等［12］建議導(dǎo)流墩的最佳偏斜角度為12°，并給出最優(yōu)偏斜角度導(dǎo)流墩和曲型導(dǎo)流墩相結(jié)合的整流方案.

此外，研究人員還對(duì)某些工程特殊的取水方式、水源條件以及城市雨水泵站等開(kāi)展了研究.劉新陽(yáng)等［13］針對(duì)閘下射流引水問(wèn)題，提出了非連續(xù)底坎、非連續(xù)挑流坎與壓水板組合的整流方案，該方案閘底射流長(zhǎng)度短，表面回流小，改造后的泵站裝置效率提升了1.8%（低水位）和5.9%（高水位）.張睿等［14］針對(duì)斜向管涵進(jìn)流城市雨水泵站，提出了分流墩、組合梁以及相背布置短導(dǎo)流墩的組合式整流方案.徐存東等［15］針對(duì)多泥沙河流，給出了泵站機(jī)組對(duì)稱開(kāi)啟同時(shí)避免兩端機(jī)組停機(jī)尤其末端機(jī)組停機(jī)的運(yùn)行策略.

某地下泵站的進(jìn)水流道從明流隧洞下挖水池中取水，通過(guò)長(zhǎng)距離有壓隧洞后分流進(jìn)入水泵，是一種非典型的泵站取水方式.原設(shè)計(jì)方案采用壓力罐進(jìn)行分流，水流入壓力罐后在平面、立向擴(kuò)散，突縮后進(jìn)入進(jìn)水管，水頭損失系數(shù)較大，且脫流嚴(yán)重.為解決該進(jìn)水流道由隧洞到進(jìn)水管的分流問(wèn)題，文中建立數(shù)值仿真模型，分析原設(shè)計(jì)方案的水力特性及其不足，并給出優(yōu)化方案.

1nbsp; 數(shù)值計(jì)算

1.1" 計(jì)算模型

泵站通過(guò)直徑為3.0 m的圓形有壓隧洞取水，隧洞總長(zhǎng)為273.0 m（含長(zhǎng)8.0 m的圓變方漸變隧洞）.有壓隧洞后接閘門井（寬3.0 m，長(zhǎng)8.0 m），閘門井后接城門洞型壓力罐（長(zhǎng)52.0 m，截面尺寸為8.0 m×7.5 m），壓力罐后側(cè)連接4根長(zhǎng)29.0 m的進(jìn)水管，將水引入3用1備的泵站.

以閘門槽的中點(diǎn)作為原點(diǎn)（0， 0， 0），圓洞進(jìn)水方向?yàn)檎齒軸，豎直向上方向?yàn)檎齔軸，建立笛卡兒坐標(biāo)系，泵站進(jìn)水流道示意圖如圖1所示，其中1-1剖面為有壓隧洞（直徑為3.0 m）水平中心面，2-2剖面為水泵進(jìn)水管（直徑為2.0 m）水平中心面，3-3剖面為隧洞和壓力罐的對(duì)稱軸面，4-4剖面為壓力罐的另一對(duì)稱軸面.

1.2" 計(jì)算方法及邊界條件設(shè)置

采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型對(duì)進(jìn)水流道三維湍流進(jìn)行數(shù)值模擬，控制方程包括連續(xù)方程、動(dòng)量方程、湍動(dòng)能k方程、湍動(dòng)耗散率ε方程，詳見(jiàn)文獻(xiàn)［16-19］.

控制方程的離散采用有限體積法，壓力和速度的耦合采用SIMPLE算法求解.迭代計(jì)算采用欠松弛迭代，壓力項(xiàng)、動(dòng)量項(xiàng)、湍動(dòng)能項(xiàng)和湍流耗散項(xiàng)的系數(shù)分別設(shè)為0.3，0.7，0.8和0.8.離散格式中，壓力項(xiàng)采用PRESTO！格式，動(dòng)量項(xiàng)、湍動(dòng)能項(xiàng)和湍流耗散項(xiàng)均采用一階迎風(fēng)格式.計(jì)算收斂的標(biāo)準(zhǔn)均設(shè)置為殘差小于1.0×10-6.

隧洞進(jìn)口采用速度進(jìn)口邊界，大小為計(jì)算工況對(duì)應(yīng)的斷面流速.進(jìn)水管出口采用自由出流邊界.固壁采用無(wú)滑移邊界條件［20］.正常運(yùn)行時(shí)，閘門井水位波動(dòng)小，可采用剛蓋假定處理，設(shè)置為對(duì)稱邊界.

1.3" 網(wǎng)格劃分

隧洞（含圓變方漸變隧洞）、閘門井、壓力罐和進(jìn)水管采用六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行劃分，閘門井和壓力罐中間的連接段采用四面體、楔形體和六面體混合網(wǎng)格進(jìn)行劃分.

對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)由27.3萬(wàn)增大至35.8萬(wàn)、46.2萬(wàn)時(shí)，水頭損失系數(shù)、流速分布均勻度、速度加權(quán)平均角度的變化率均小于1%，即認(rèn)為計(jì)算結(jié)果與網(wǎng)格數(shù)無(wú)關(guān).文中后續(xù)計(jì)算采用網(wǎng)格數(shù)為27.3萬(wàn)，網(wǎng)格尺寸為0.25 m.

1.4" 流道評(píng)價(jià)指標(biāo)

采用水頭損失系數(shù)、流速分布均勻度和速度加權(quán)平均角度作為流道水力性能評(píng)價(jià)指標(biāo).

水頭損失系數(shù)反映水流經(jīng)閘門井、壓力罐、進(jìn)水管或其他過(guò)水部件時(shí)的能量損耗，水頭損失系數(shù)越小，說(shuō)明能量損耗越小，泵站運(yùn)行越經(jīng)濟(jì).水頭損失系數(shù)的計(jì)算公式［21］為

ζ=E2-E1u21/2g，（1）

式中：Ei為斷面總水頭，Ei=v2i2g+piρg+zi；u2i2g為斷面的速度水頭；ui為斷面的水流速度；g為重力加速度；piρg為斷面的壓力水頭；ρ為水的密度；zi為斷面的位置水頭；下標(biāo)“1”為進(jìn)水管出口斷面；下標(biāo)“2”為隧洞進(jìn)口斷面.

流速分布均勻度反映管道某一斷面軸向流速的分布特性，流速分布均勻度越接近100%，說(shuō)明流動(dòng)均勻性越好.流速分布均勻度的計(jì)算公式［22］為

Vu=1-1ua∑（uai-ua）2m×100%，（2）

式中：Vu為流速分布均勻度；ua為斷面的軸向流速均值；uai為各計(jì)算單元的軸向流速；m為流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算時(shí)所劃分的單元個(gè)數(shù).

速度加權(quán)平均角度反映水流橫向速度相對(duì)于軸向流速的大小，當(dāng)速度加權(quán)平均角度為90°時(shí)，說(shuō)明橫向流速數(shù)值為0.速度加權(quán)平均角度的計(jì)算公式［22］為

θ=∑uai90°-arctanutiuai∑uai，（3）

式中：θ為速度加權(quán)平均角度；uti為斷面各單元的橫向流速.

2" 計(jì)算結(jié)果及分析

2.1" 原設(shè)計(jì)方案的水力特性

2.1.1" 流場(chǎng)特性

圖2為原設(shè)計(jì)方案的流場(chǎng)特性，可以看出：水由隧洞、閘門井進(jìn)入壓力罐（橫截面為寬8.0 m、高7.5 m的城門洞）后，沿來(lái)流方向前進(jìn)，水流在壓力罐前3/4寬度未出現(xiàn)明顯擴(kuò)散；沖擊邊墻后，水流在平面（見(jiàn)圖2a和2b）和立面（見(jiàn)圖2c）發(fā)生接近90°的偏轉(zhuǎn)；平面偏轉(zhuǎn)的水流直接進(jìn)入#2和#3水泵的進(jìn)水管，并在入口處發(fā)生了嚴(yán)重的偏流，主流偏向遠(yuǎn)離隧洞一側(cè)，內(nèi)側(cè)脫流區(qū)的最小流速接近0；立面偏轉(zhuǎn)的水流沿壓力罐的弧頂回流（見(jiàn)圖2d），旋轉(zhuǎn)后大部分進(jìn)入#1水泵的進(jìn)水管，小部分進(jìn)入#2和#3水泵的進(jìn)水管.

從結(jié)構(gòu)布置看，#1水泵進(jìn)水管中心和閘門井出口中心的連線與X軸的夾角達(dá)到70°，#2和#3水泵進(jìn)水管中心和閘門井出口中心的連線與X軸的夾角接近40°，遠(yuǎn)大于15°，而GB 50265—2022《泵站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，正向進(jìn)水的開(kāi)敞式前池?cái)U(kuò)散角單側(cè)宜小于15°.大偏轉(zhuǎn)角度致使水流無(wú)法平順擴(kuò)散，從而出現(xiàn)脫流、偏流等不利流態(tài).

2.1.2" 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)式（1）—（3）計(jì)算隧洞進(jìn)口至#1，#2，#3進(jìn)水管出口的水頭損失系數(shù)分別為2.31，2.44和2.39，#1，#2，#3水泵進(jìn)水管出口的流速分布均勻度分別為96.80%，95.09%和95.63%，速度加權(quán)平均角度分別為87.41°，86.95°和86.51°.

壓力罐后側(cè)的水泵進(jìn)水管長(zhǎng)度為29.0 m，是管徑長(zhǎng)度2.0 m的14.5倍.經(jīng)過(guò)14.5倍管徑長(zhǎng)度的調(diào)整，水泵進(jìn)水管出口流速分布較均勻，速度加權(quán)平均角度較高.但隧洞進(jìn)口至進(jìn)水管出口的水頭損失系數(shù)達(dá)到了2.31～2.44，由此可見(jiàn)，壓力罐分流造成了很大的局部水頭損失.

2.2" 優(yōu)化方案的水力特性

2.2.1" 結(jié)構(gòu)改型

原設(shè)計(jì)方案中的壓力罐易讓人聯(lián)想到空氣罐，但其結(jié)構(gòu)上側(cè)并無(wú)壓縮空氣或氣囊，不能通過(guò)空氣的壓縮或膨脹起到削減水錘的作用.從實(shí)際應(yīng)用看，該壓力罐相當(dāng)于有壓輸水系統(tǒng)中的一個(gè)分水岔管，使有壓隧洞的來(lái)流在平面、立面發(fā)生擴(kuò)散后，收縮進(jìn)入水泵的進(jìn)水管，突擴(kuò)或突縮均產(chǎn)生較大的局部水頭損失.此外，水流在壓力罐內(nèi)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，使水泵進(jìn)水管入口出現(xiàn)了嚴(yán)重的脫流.原設(shè)計(jì)方案的水頭損失系數(shù)大，進(jìn)水管入口脫流嚴(yán)重，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)改型優(yōu)化.

進(jìn)行結(jié)構(gòu)改型優(yōu)化時(shí)，需遵循3項(xiàng)原則：① 水工建筑物、管道布置的范圍，即X，Y，Z方向的長(zhǎng)度小于或等于原設(shè)計(jì)方案的長(zhǎng)度，不應(yīng)造成更多的占地和更大的工程量；② 分水流道的水頭損失盡可能小，降低能量損耗和電站運(yùn)行費(fèi)用；③ 不產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)、脫流等不利流態(tài).

經(jīng)5類技術(shù)方案（抬升進(jìn)水管、設(shè)置喇叭形進(jìn)水口、取消圓弧頂、從壓力罐上側(cè)引水、設(shè)置導(dǎo)流體）的對(duì)比分析，文中采用集管+岔管方式進(jìn)行分流，優(yōu)化方案的結(jié)構(gòu)體型如圖3所示.

優(yōu)化方案的特征如下：

1） 水由閘門井流出后，順直進(jìn)入后側(cè)的集管.集管的斷面尺寸與閘門井一致，均為3.0 m×3.0 m的矩形，避免轉(zhuǎn)彎、突擴(kuò)或突縮產(chǎn)生的局部水頭損失.

2） 分流岔管對(duì)稱布置在集管兩側(cè)，#1和#4水泵的分水岔管在前，#2和#3水泵的分水岔管在后，避免交叉.

3） 分流岔管、進(jìn)水管的中心線高程均為1.5 m，以使分流與來(lái)流的中心在同一水平面，避免垂直方向的偏流.

4） 分水岔管與集管、進(jìn)水管與分水岔管的夾角均為60°，進(jìn)水管的長(zhǎng)度均大于10倍管徑，即為 20.0 m，以使水流轉(zhuǎn)彎后充分調(diào)整.

5） 分水岔管的最小間距需考慮安裝、運(yùn)維的空間要求，集管岔管連接處、岔管進(jìn)水管連接處和集管末端均設(shè)置倒角，避免脫流.

2.2.2" 流場(chǎng)特性

優(yōu)化方案的流場(chǎng)特性如圖4所示，可以看出：#1分水岔管的流速為0.9～1.3 m/s，#1進(jìn)水管的流速為0.9～1.1 m/s；#2和#3分水岔管、進(jìn)水管的流速分布基本對(duì)稱；60°轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的水流流速為1.3～1.5 m/s，外側(cè)流速為0.7～0.9 m/s，無(wú)流速接近0的死水區(qū)；經(jīng)過(guò)20.0 m的直管段調(diào)整，進(jìn)水管出口流速為1.0～1.1 m/s.

原設(shè)計(jì)方案中，#1進(jìn)水管的流速為0.8～1.3 m/s，與優(yōu)化方案相近.#2和#3進(jìn)水管的進(jìn)口處出現(xiàn)脫流現(xiàn)象，外側(cè)流速為1.5 m/s，而內(nèi)側(cè)1/3區(qū)域的流速小于0.7 m/s，最內(nèi)側(cè)流速接近0.到達(dá)出口處，#2和#3進(jìn)水管的水流流速為0.8～1.2 m/s.

優(yōu)化方案通過(guò)集管+岔管方式分流，避免了突擴(kuò)、突縮流態(tài)，使水頭損失系數(shù)更小，進(jìn)水管出口的流速分布更加均勻.

2.2.3" 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)式（1）—（3）計(jì)算隧洞進(jìn)口至#1進(jìn)水管出口、#2進(jìn)水管出口和#3進(jìn)水管出口的水頭損失系數(shù)分別為1.00，0.93，1.07，#1，#2，#3水泵進(jìn)水管出口的流速分布均勻度分別為94.90%，95.20%，95.01%，速度加權(quán)平均角度分別為86.04°，87.08°，87.93°.

2.3" 方案評(píng)析

優(yōu)化方案的流速分布均勻度和速度加權(quán)平均角度與原設(shè)計(jì)方案基本一致，但水頭損失系數(shù)由2.31～2.44減小至0.93～1.07.當(dāng)輸送設(shè)計(jì)流量10.2 m3/s時(shí)，優(yōu)化方案的水頭損失減小0.073 m，根據(jù)式（4）計(jì)算，優(yōu)化方案每年可節(jié)約4.3×104 kW·h的電能.

ΔE=ρgQΔH1000ηT，（4）

式中：ΔE為能量差；Q為設(shè)計(jì)流量；ΔH為水頭差；η為泵站綜合效率，取η=0.85；T為泵站年利用小時(shí)數(shù).

此外，優(yōu)化方案無(wú)需修建橫截面為8.0 m×7.5 m（寬×高）、長(zhǎng)為52.0 m的城門洞型壓力罐，可節(jié)約數(shù)百萬(wàn)的工程建設(shè)投資.

原設(shè)計(jì)方案采用壓力罐進(jìn)行分流，在形式上借鑒了傳統(tǒng)的前池分流.前池將引水渠的水分配給進(jìn)水管，連接無(wú)壓輸水系統(tǒng)和有壓輸水系統(tǒng)，同時(shí)也起到攔污、沉沙、抑制涌波、防冰凌等作用.但該泵站從長(zhǎng)距離隧洞取水，水源為水庫(kù)，不存在攔污、沉沙、防冰凌等問(wèn)題.壓力罐沒(méi)有自由水面，前側(cè)隧洞、后側(cè)進(jìn)水管均為有壓流，閘門井可視作調(diào)壓井，因此，整個(gè)輸水系統(tǒng)為有壓管涵分流，區(qū)別于傳統(tǒng)前池連接無(wú)壓段和有壓段.

當(dāng)工作原理不同時(shí)，流道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題也就發(fā)生變化.有壓輸水系統(tǒng)分流的要求是避免不利流態(tài)，減少局部水頭損失.而原設(shè)計(jì)方案的壓力罐使來(lái)流在平面、立面擴(kuò)散后收縮進(jìn)入進(jìn)水管，大角度偏轉(zhuǎn)造成脫流，致使流場(chǎng)特性較差，水頭損失系數(shù)較大.

3" 結(jié)" 論

1） 原設(shè)計(jì)方案采用壓力罐進(jìn)行分流，水進(jìn)入壓力罐后在平面、立向擴(kuò)散，突縮后進(jìn)入進(jìn)水管，水頭損失系數(shù)達(dá)到2.31～2.44，且脫流現(xiàn)象嚴(yán)重.優(yōu)化方案利用集管+岔管的方式進(jìn)行分流，避免平面、立向的突擴(kuò)、突縮，水流平順地進(jìn)入進(jìn)水管，水頭損失系數(shù)僅為0.93～1.07.

2） 優(yōu)化方案每年可節(jié)約4.3×104 kW·h的運(yùn)行電能，且無(wú)需修建壓力罐，可節(jié)約數(shù)百萬(wàn)的工程建設(shè)投資.

3） 壓力罐技術(shù)在形式上借鑒了傳統(tǒng)的前池分流.前池連接無(wú)壓輸水系統(tǒng)和有壓輸水系統(tǒng)，同時(shí)具有攔污、沉沙、抑制涌波、防冰凌等作用.原設(shè)計(jì)方案的壓力罐前后均為有壓輸水系統(tǒng)，而沒(méi)有其他功能需求，核心問(wèn)題是避免不利流態(tài)，減小水頭損失.因此，在工程實(shí)踐中，非典型結(jié)構(gòu)布置或運(yùn)行工況直接套用相近結(jié)構(gòu)或方案未必可行，針對(duì)具體工程要求，開(kāi)展科學(xué)研究是很有必要的.

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（責(zé)任編輯" 陳建華）