第1章　绪论

1.1　概述

在中国广袤的平原、河网、圩区上,分布着10多万座固定泵站(总装机容量8000多万k W),为抗御洪涝、干旱等灾害发挥着巨大的作用。此外,在跨流域调水、市政供排水、城市水环境治理等方面也有大量低扬程泵站在运行。每年泵站为农业的灌溉、排涝,抗灾减灾,为区域调水、城镇供水、排污、保障工业生产和居民生活用水发挥着巨大作用,作出了重要贡献。进入21世纪,我国正在兴建南水北调工程,它是一项造福子孙万代的工程,其中的东线工程是从长江下游引水,沿京杭大运河通过十三级泵站逐级提水北送,向京津地区供水,改善和解决北方地区日益恶化的生态环境和水资源危机。

南水北调工程对国民经济影响巨大,其中核心工程之一——泵站的运行既要高效节能,又要安全可靠。我国在大型泵站的建设、管理和运行方面积累了丰富的经验,但由于研究方法和手段等方面的问题,对影响机组水力性能的基础理论问题还没有完全掌握,尤其在泵站内部三维流动特性、水力优化设计、水力性能预测等研究方面技术储备不能适应南水北调工程要建成21世纪世界一流工程的宏伟目标。南水北调东线工程泵站具有扬程低、流量大、年运行时间特长(5000～8000h/a)的特点,要研制性能优越的泵站(装置)形式,提高泵站的水力效率、增强安全可靠性、减少维修费用和减少工程投资,有必要对泵站内部流动和水力性能进行深入研究。

研究泵站内部流动和水力性能的方法主要有理论分析、模型实验和数值模拟等方法。大型泵站建设的前期通常要进行选型和试验比选,模型试验成为目前主要的研究手段,但模型试验主要获取的是泵站(装置)的外部特性,具有一定的局限性。研究者要根据经验和大量的实验方案进行研究,研究周期长,成本高。近年来,随着计算机技术的发展和计算流体力学理论的日益完善,泵站内部流动数值模拟正逐步成为泵站研究人员的工具,数值模拟方法可获得泵站内部详细信息、预测性能,形象直观,能进一步深入研究其流动机理。当然,数值方法的可信性和数值模拟结果的准确与否必须得到内流场和外特性实验的验证。

本书研究以南水北调东线工程及大中型泵站技术改造为背景,运用三维紊流模拟技术,辅以实验测试,按照先部分后整体逐步深入的研究思路,对涉及影响泵站水力性能的过流结构(前池、进水池、进水流道、出水流道、整体泵装置)进行全面系统的研究,揭示泵站内部流动规律、预测水力性能,指导泵站设计和技术改造。研究成果将对保证泵站的安全、高效运行具有重要的理论指导和现实意义。