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水 利 学 报 2018 年1 月 SHUILI XUEBAO 第49 卷 第1期 文章编号：0559-9350 （2018 ）01-0047- 15 泵站内部流动分析方法研究进展 1 ，2 1 ，2 1 ，2 1 ，2 1 ，2 1 ，2 王福军 ，唐学林 ，陈 鑫 ，肖若富 ，姚志峰 ，杨 魏 （1. 中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 100083 ； 2. 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心，北京 100083） 摘要：泵站是调水、供水、灌溉和排水系统重要基础设施，其水力性能直接影响系统的安全性、稳定性和工程效 益。泵站内部流动分析涉及泵站、流体动力学和数值理论等多个学科，分析方法已由传统的一维半经验半理论阶 段发展到了基于计算流体动力学的现代三维黏性阶段。本文综述了泵站内部流动分析过程中涉及的湍流模型、几 何模型、网格模型、数值离散模型和解算模型，阐述了研究泵站进水池表面旋涡、泥沙与空化特性、水力激振特 性、水力瞬变特性及水力设计的基本方法和过程，总结了泵站流动分析方法方面的必威体育精装版研究成果，展望了未来发 展趋势及主要研究课题。 关键词：泵站；水力性能；计算流体动力学；多相流；数值方法 中图分类号：TV675 ；TV 136 文献标识码：A doi ：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 泵站是跨流域与区域调水、农业灌溉与排涝、城市供水与排水等领域的重要基础设施。我国是 世界上泵站数量最多、规模最大、类型最丰富的国家。南水北调东线工程13 个梯级的34 座泵站是世 界上规模最大的梯级泵站群；南水北调中线工程惠南庄泵站装机功率6 万kW ，是世界上功率最大的 3 双吸离心泵泵站；正在建设的黑龙江青龙山灌区渠首泵站装机流量381 m /s ，是世界上流量最大的混 流泵泵站；正在建设的云南滇中引水工程石鼔泵站最大净扬程218.8 m ，安装12 台单机功率4 .1 万kW 的离心泵，泵站装机功率49 .2 万kW ，是装机功率仅次于美国埃德蒙斯顿泵站的世界第二大泵站。到 目前为止，全国共有各类泵站31 万座，装机功率 1.6 亿kW ，年耗电近5400 亿kW ·h ，约占全国总用 ［1］ 电量的10 ％。其中，约一半的泵站直接为水利行业服务 。 泵站是由流体流动支配、固体结构控制的高耗能流固耦合系统，其水力性能直接影响调水、供 ［2 ］ 水、排水系统的运行安全性、稳定性和工程效益 。由于泵站结构、水泵型式和运行环境的复杂性， 由前池、进水池、进水流道等组成的泵站进水系统常存在自由表面旋涡和次表面旋涡，对水泵运行 ［3-4 ］ 稳定性、效率和空化性能产生直接影响 ；在水泵内部，水泵自身的强旋转、大曲率、高剪切流动 ［5 ］ 特点及其与进出水流道的耦合作用，导致泵站经常存在较大压力脉动和振动 ；在泵站出水系统中， 特别是长距离输水系统的压力管道内部，经常存在因工况快速变化而造成的水力瞬变问题，甚至出 ［6-7 ］ 现抬机和爆管事故 。因此，泵站装置高效稳定运行涉及到各过流部件水动力特性，采用流动分析 方法对泵站设计进行评估，对现有泵站存在问题进行研判，对保证泵站安全、高效和稳定运行具有 重要意义。