预制泵站是一种具有新型结构的泵站,在我国城镇排水设施建设和城市内涝治理等方面发挥着重要的作用。预制泵站具有体积小、耐腐蚀、防渗漏、与周围环境高度协调、自动化程度高、泵站内流动质量高等优点。然而,预制泵站由多个过流部件构成,各过流部件内的流动特征差异明显,且相邻过流部件之间存在着流动干扰,因此预制泵站内部的流动极其复杂,然而目前关于预制泵站内部流动的研究鲜见报道。当预制泵站输送含有固体颗粒的两相介质时,还可能出现沉积现象。对预制泵站内部复杂流动机理的研究对于提高预制泵站的设计水平具有重要意义。本文首次对输送固液两相介质的预制泵站开展了以复杂流动为对象的研究工作,探究泵站内固液两相参数分布、泵与泵之间的相互干扰、泵的安装高度对流动的影响,进而对预制泵站的瞬间启动过程进行分析,研究结论将补充目前对预制泵站内部流动规律的理解。本文的主要研究工作及结论如下:(1)预制泵站内部固液两相流动的研究运用商用计算流体动力学软件ANSYS CFX模拟预制泵站内的三维湍流流动,分析泵站的入流流量和固相体积分数对泵站主要过流部件流道内的流动参数分布的影响,描述预制泵站内的复杂固液两相流动特征。研究结论:预制泵站筒体内部存在着复杂的流动结构。泵站入流流量增加后需要两台输送泵同时运行,筒体底部的流动受到的扰动增强,因此筒体底部固体颗粒的分布更加分散;同时固体颗粒的运动速度较高。两台输送泵同时运行时,预制泵站内的固体颗粒沉降可以分为加速、准稳定和速度波动三个阶段,固相体积分数对沉降速度变化的影响较小。随着固相体积分数增加,筒体底部的固相浓度增大,固体颗粒速度降低。对称分布的两台输送泵内部流动状态存在差异,而输送泵内固相和液相的相对速度分布规律基本一致。(2)输送泵安装位置对预制泵站内部流动的影响对于预制泵站筒体内的两台输送泵,在不同安装间距和安装高度条件下,对预制泵站内部流动进行详细的对比研究,描述输送泵的安装位置对预制泵站输送固体颗粒的能力的影响,揭示在不同泵安装位置条件下预制泵站内的固体颗粒分布特征,评估在不同泵安装位置条件下发生固相沉积的可能性。研究结论:对称分布的两台输送泵在吸入介质时存在流动干扰现象,泵的安装间距和安装高度均影响泵的运行效率。随着泵安装间距增大,泵吸入口的流动均匀性变差,固体颗粒逐渐向泵吸入口中心位置移动,筒体底部的固相浓度分布更为均匀。泵安装间距增大有利于输送固体颗粒,能够避免筒体底部发生沉积现象。泵吸入口速度均匀度最大值出现在泵安装高度为400 mm时。随着泵安装高度的增大,泵吸入口的固相浓度和固体颗粒速度均减小,且筒体底部的固相浓度显著增大,发生固相沉积的可能性增加。(3)预制泵站瞬态启动过程分析对预制泵站在单泵启动、一泵运行中另一泵启动两种不同启动条件下的启动过程进行非定常流动的数值模拟,分析输送泵启动过程中的性能变化和预制泵站内部的瞬态流动特性。研究结论:在预制泵站启动过程中,输送泵的扬程随着转速上升呈现多段增长趋势,两台输送泵的最高扬程均满足设计要求。两台泵的旋转对筒体内的流体具有强烈的扰动作用。在输送泵的启动过程中,泵内和筒体内的非定常流动特征存在明显差别。输送泵的叶片工作面和背面上的固相浓度随泵转速升高逐渐增大,且叶片工作面上的固相浓度始终大于背面上的固相浓度。