青草沙南匯北泵站取水母管最佳管徑研究.pdf

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1、第6期(總第163期)2012年12月中網(wǎng)虧叢譬霜CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．6《SeriaINo．163)Dec．2012DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2012．06．016青草沙南匯北泵站取水母管最佳管徑研究韓蒙(上海青草沙投資建設發(fā)展有限公司，上海2{)1206)摘要：針對青草沙南匯北泵站取水母管最佳管徑優(yōu)化問題，應用ANSYSWorkbench建立母管參數(shù)化模型，進行模擬計算。給出不同母管口徑的水頭損失。通過ANSYS尋優(yōu)算法尋找最佳的母管口徑，為母管的工程設計提供理論依據(jù)。

2、關鍵詞：串聯(lián)增壓泵站；取水母管；最佳管徑中圖分類號：TU991．13文獻標志碼：A文章編號：1004—4655(2012)06—0045—031項目概況青草沙水源地原水工程總規(guī)模719萬m3／d。它的建成可填補2020年上海市原水缺口，形成“兩江并舉，j足鼎立”的水源地供水格局。青草沙水源地原水工程包括4項陸域輸水支線工程，其中南匯支線工程輸水線路最長，約46km，并在中途設南匯北增壓泵站1座。南匯支線輸水規(guī)模128萬m3／d，受水廠為現(xiàn)狀的Jil沙、航頭、惠南水廠和規(guī)劃的南匯北、南匯南水廠，南匯北泵站規(guī)模88萬m’／d。南匯北泵站屬大型

3、增壓泵站，采用管道串聯(lián)增壓方式增壓，設5臺增壓水泵，4用1備，并為遠期預留1臺泵位。水泵規(guī)格：Q=9808m’／h、H=45．2m。增壓水泵從取水母管取水。增壓泵站管線布置見圖l。圖1南,r：ltc泵站增壓泵站管線布置圖收稿日期：2012-08—14管道串聯(lián)增壓泵站取水系統(tǒng)中，不同口徑母管的水流流態(tài)不同，產(chǎn)生的水頭損失也不同。為了減小水頭損失，提高效率，有必要對不同口徑母管的水頭損失進行研究，找出最佳母管口經(jīng)，以減少水頭損失，節(jié)約運行成本。南匯北泵站母管變化范圍是2400～3600mm。為了尋找南匯北泵站母管的最佳管徑，在這個變化范圍中間

4、選取了lo種不同的母管管徑進行計算，得到這lO種管徑下的系統(tǒng)能量損失和水頭損失，以及水頭損失和母管管徑之間的關系曲線。但是生成的這種曲線只能粗糙地反映這兩者之間的關系。為了準確得到最佳的母管管徑，需要采用更精確的尋優(yōu)方法。為此根據(jù)南匯北泵站的水泵配置，應用ANSYSWorkbench建立母管參數(shù)化模型，進行模擬計算，給出不同母管口徑的水頭損失，通過ANSYS尋優(yōu)算法尋找最佳的母管口徑，為母管的工程設計提供理論依據(jù)。2優(yōu)化設計原理優(yōu)化設計是一種尋求確定最優(yōu)設計方案的技術。所謂“最優(yōu)設計”，指的是一種方案可以滿足所有的設計要求，而且所需要的支

5、出(如質量、費用、人力、體積)最小。也就是說，最優(yōu)設計方案就是一個最有效率的方案。設計方案的任何方面都是可以優(yōu)化的，比如，尺寸(如厚度、長度)、形狀(如過渡圓角的大小)、支撐位置、制造費用、自振頻率、材料特性等。優(yōu)化作為一種數(shù)學方法，通常是利用對解析函數(shù)求極值的方法來達到尋求最優(yōu)值的目的?；跀?shù)值分析技術的CAE(計算機輔助設計)方法，顯45中國彳益譬有韓蒙：青草沙南fE；II：,泵站取水母管最佳管徑研究2012年第6期然不可能對我們的目標得到一個解析函數(shù)，CAE計算所求得的結果只是一個數(shù)值。然而，樣條插值技術又使CAE中的優(yōu)化成為可能，

6、多個數(shù)值點可以利用插值技術形成一條連續(xù)的可用函數(shù)表達的曲線或曲面，如此便回到了數(shù)學意義上的極值優(yōu)化技術上來。實際工程需要多個優(yōu)化目標，工程中需要產(chǎn)品的總體性能較好，而不僅是某項指標最好。ANSYSDesignXplorer是功能強大而方便易用的多目標優(yōu)化模塊，實際上，所有可以參數(shù)化的ANSYS選項都可以作優(yōu)化設計。本研究使用Pro／E和ANSYS軟件在AWE(ANSYSWorkbench協(xié)同優(yōu)化分析設計軟件平臺)環(huán)境下實現(xiàn)優(yōu)化設計、尋求最佳母管管徑。AWE環(huán)境下數(shù)值優(yōu)化的過程框圖見圖2。CAD參數(shù)化建模P～琴鼉{咂三至多il慝蒜涮：l：l

7、Il-I{改變I-●I●I●I孥茨獪1』乒優(yōu)化結果變量直接傳遞設計變量圖2AWE環(huán)境下數(shù)值優(yōu)化的過程框圖3最佳母管管徑優(yōu)化研究3．1模型建立及模擬計算1)尋優(yōu)范同。本研究只需要對母管管徑尋優(yōu)，因此截取了母管以及和母管相連的一小段進行分析。通過DesignModeler建模軟件，建立參數(shù)化模型，對母管管徑參數(shù)化。母管管徑的尋優(yōu)范圍是2400～3600mm，得到的模型見圖3。2)生成網(wǎng)格。利用WorkbenchMeshing軟件模塊生成四面體有限元網(wǎng)格圖(見圖4)，為了能更好地捕捉壁面上的流動，在靠近邊界處添加邊界層，網(wǎng)格數(shù)量級1．6E5。3

8、)邊界條件。假定6臺水泵泵位中第l、3、4、466號泵(泵位編號順序白上而下)對稱運行。壁面粗糙度0．3mm，邊界無滑移。左端的2個人口給壓力邊界條件，右端l、3、4、6出口的流速為2．41m