為了解井筒式潛水軸流泵出水管道內(nèi)部水流運動特點，提升井筒式潛水軸流泵的裝置效率，利用FLUENT軟件，采用標準κ-ε方程湍流模型和壓力修正SIMPLE算法，并結(jié)合VOF方法處理出水池氣液交界面，對4種進水口流量下的井筒式潛水軸流泵出水管道進行了數(shù)值計算，獲得了進水口流量的改變對出水管道水力特性的影響規(guī)律。

　　上海市大中型潛水泵站中86.7%的主水泵為軸流泵，且以立式半調(diào)節(jié)為主，同時大中型潛水軸流泵站中出水管多為井筒式出水管，其內(nèi)部流態(tài)對泵站裝置性能影響較大。然而，上海市大部分大中型井筒式潛水泵站建于20世紀80年代，限于當時的技術(shù)水平，水泵設(shè)計運行流量存在偏差，這嚴重影響了水泵的安全、高效運行。因此，對上海市大中型井筒式潛水泵站出水管道內(nèi)部流場進行分析顯得尤為重要。近年來，CFD技術(shù)已成為內(nèi)部流場分析的重要手段之一，該技術(shù)通過計算機數(shù)值模擬計算，深化了人們對出水管內(nèi)部流場規(guī)律的認識。

　　鑒此，本文以上海市污水處理廠井筒式潛水泵站為例，采用FLUENT軟件和標準κ-ε方程湍流模型對井筒式潛水軸流泵站出水管道進行了數(shù)值模擬分析，總結(jié)出井筒式潛水泵站出水管道水力特性受水泵抽水流量(進水口流量)變化的影響規(guī)律，以期為上海市正在進行的潛水泵站更新改造提供技術(shù)指導。

1、計算模型的建立

　　1.1、控制方程

　　潛水軸流泵從啟動到穩(wěn)定運行時整個出水管道內(nèi)部近似為三維定常不可壓湍流流動。由Boussrnesq渦粘性假設(shè)，得出絕對坐標系下不可壓牛頓流體的連續(xù)性方程和動量守恒方程分別為：

　　2.4、排氣分析

　　表3為不同進水口流量下出水管道排氣分析。圖7為進水口流量與水流穩(wěn)定運行時間關(guān)系曲線。由表3、圖7可看出，水流的挾氣能力與進水口流量大小呈同步變化。當水泵運行穩(wěn)定、流量較小時，井筒頂部始終存在空氣，隨進水口流量增大，井筒頂部殘留的空氣體積逐漸減少，當流量增大到某一值時出水管空氣即可全部排完。

表3　不同進水口流量下出水管道排氣分析

圖7　進水口流量與水流穩(wěn)定運行時間關(guān)系曲線

結(jié)語

　　a.從進水口斷面到出水口斷面，水流整體流態(tài)較平順，井筒頂部和水平管下部均存在回流區(qū)，回流區(qū)范圍與進水口流量呈同步變化趨勢。當進水口流量較小時，水泵運行達到穩(wěn)定后，井筒頂部仍殘留氣泡，隨著進水口流量的增大，氣泡體積逐漸減少，當增大到一定值時出水管即充滿水。井筒頂部左側(cè)附近的回流區(qū)面積隨進水口流量的增大逐漸變小，而水平管處回流區(qū)面積卻逐漸變大，同時回流區(qū)起始斷面逐漸向水平管與井筒的銜接處靠近。

　　b.進水口流量的改變對整個出水管道相對總壓強沿程分布影響較小，壓強沿程分布較平緩，未出現(xiàn)局部負壓，整體分布較合理。水平管Ⅲ-Ⅲ斷面最大壓強基本分布在管道兩側(cè)邊緣附近、最小壓強分布在管道上下側(cè)邊緣附近，隨著進水口流量的增大，回流區(qū)局部變化越來越劇烈，最大壓強與最小壓強的差值也隨之增大。

　　c.隨著進水口流量的增大，出水管道水力損失也逐漸增大，局部水頭損失系數(shù)(相對于井筒動能)基本維持在0.85左右。