【摘要】在取水泵站内部，产生的漩涡以及泥沙沉积是目前影响泵站整体效益发挥的两大重要问题。因此，笔者在本文中决定引入巴基斯坦拉合尔地区南迪普电站的取水泵站的运行实例，并将物理模型试验以及CFD（Computational Fluid Dynamic，中文全称为计算流体动力学，CFD是它在英文方面的缩写）分析方式相结合的方法来研究戏水是在设置M型防漩涡装置之后，水泵的吸水管内部以及进水通道内部的水动力学特性。该研究无疑为大型的取水泵站如何进行设计提供了较为重要的参考性意见。
【关键词】水动力学；CFD；取水泵站；设计；涡核区；M型防漩涡装置
对于取水泵站来说，一旦发生体型设计不合理的现象，就会产生附底漩涡或者是产生附壁漩涡，从而使振动与噪声等不正常现象频繁出现，情况严重者甚至会对叶轮轴承的总体负荷以及机构造成极大的破坏；其次，如果淹没的深度较低，则会导致自由漩涡被诱发出来，从而使得整个取水泵站在空化方面的风险大大增加，最终导致取水泵站的工作效率被降低。
在我国现行的《泵站设计规范》以及美国艾奥瓦州水力学研究所关于取水泵站试验的规定中，自由漩涡和淹没漩涡在强度方面都必须小于自由漩涡第三类与淹没漩涡第二类；而涡流角必须小于5°；并保证在整个吸水管内部没有明显的、持续性的波动或者湍流的存在。
目前，在进行取水泵站的建设之前一般都会通过物理模型试验加上CFD分析的方式来对涡体进行详细而标准的预测。而在针对涡体的抑制方面，导流锥和防涡消涡栅都已经被很好地运用于实际的泵站建筑工程之中，效果非常理想，而对于导流锥的椎体形式也有较为充分的研究。
1.研究对象的总体情况
1.1取水泵站的总体概况
南迪普电站的地址在巴基斯坦的拉合尔地区的U.C.C运河的左岸，在这条运河的岸边的取水泵房内部设置了3台冷却水泵，并同时设计有旋转滤网、粗细格栅、冲洗水泵以及泥沙提升泵。取水泵站在流量方面的数值为6.23m3/s，吸水喇叭口的直径设计为2m，悬空高度为0.8m，后壁距以及侧墙距则分别为1.65m和3m。
1.2取水泵站在物理模型中的试验与设计
在选择模型比尺时，要将粘性以及表面张力的影响都考虑进去，但同时又要对吸水管内部的水流流动状态进行真实的反应。特别是针对漩涡现象，如果以行进流速或者淹没流速来计算雷诺数，那么在雷诺数大于3*10^4时，可以忽视缩尺效应。但是如果根据吸水管直径以及其内部流速来计算韦伯数，那么在韦伯数大于120时，表面张力便不会对临界水深造成影响。在该实验设计中，雷诺數为112947，韦伯数为813，因而并不会考虑缩尺效应以及表面张力所带来的影响。
但是，由于取水泵站内部的水流仍然受重力以及惯性的影响，因而该实验模型依照佛汝德相似律来进行设计。而对于泥沙运动则依然相似，主要考虑的是泥沙的悬移相似、挟沙相似以及河床变形的相似。
本次的模型试验循环系统由试验泵房、运河、前池、引水流道、水泵以及地下蓄水池所构成，而典型断面的流速则采用了CSY直取式微旋浆流速测试仪来进行测量，而流态则通过示踪剂以及摄像机进行观测，含沙量和泥沙级配则主要通过比重瓶与移液管进行测量。
2.测试结果与相应预测——以对吸水管内部的流速分布规律的预测为例
很明显，吸水管内部的流速分布情况是直接关系到整个水泵是否能够进行正常运行的。但由于试验条件存在局限性，因此采用了CFD的方式来对吸水管内部的水动力学特性进行预测。可以发现，在垂直水流的方向上，有无防漩涡装置对于速度u的影响较大（见下图1）。
在无防漩涡装置时，流速值呈现出M的分布形态，且在不同的高度均有负值出现，说明吸水室的后壁对其影响较大，吸水管内部则存在涡漩流。在增加了防漩涡装置之后，吸水管内部的流速才逐渐趋于稳定。
此外，在顺水流的方向上（见下图2），流速u分量在没有防漩涡装置时，流速最大值为2.42m/s并伴随着较多的负值出现，这说明有部分水流是经过了吸水室后壁的碰撞之后才进入吸水管内部的，在这一过程中诞生了内涡漩流。而增加了防漩涡装置之后，水流流态便趋于平稳。
3.结语
通过分析之后可以看出，CFD模型有效地对吸水管内部涡核区的分布进行了再现，从而使相关的设计与技术人员们能够认清楚未设置M型防漩涡装置的缺陷，从而重视对M型防漩涡装置的设置与安装。最后，通过对试验中的数据进行记录和比较，使M型防漩涡装置的优势能够更加明显地显示出来。
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