张世发

(南陵县机电排灌管理站(养马滩排涝站工程管理处)， 安徽 南陵 241300)

1 概述

由于地区水资源分布匮乏，需考虑从富水地区调度水资源[1-3]，因而需要修建泵站引水工程，服务于工农业及生活需水。泵站作为重要水利工程，其长久稳定运行能极大促进地区水资源供需，提高水资源开发度与高效利用，泵站稳定运行与泵站各部分附属结构工程息息相关，其中泵站前池为联通引水池与渠道的重要载体，前池内流体运动稳定关乎输水安全，故而针对泵站前池流场分析具有重要意义[4-5]。已有基于水动力学理论研究了二维状态下泵站前池运行状态，准确预判泵站运行过程中前池流场特征[6-8]。另外还有学者采用水工模型试验，如高传昌等[9]研究了前池内中心区域与末端壁面处流态特性。当然，亦可采用流场数值模拟手段[10-13]，研究不同状态下的前池流场，为泵站安全运行提供重要参考，保障泵站引水工程安全。

2 流场分析理论

由于本文研究对象为泵站前池流场特性，而在前池流场中并不是仅存在流体介质，另还存有悬浮泥沙等固体物质，因而研究流场特性不应忽视多场耦合状态，故本文引入Mixture多相耦合模型方程。

Mixture模型连续性方程可表述为：

(1)

运动平均速度为：

(2)

式中αk为第k相体积分子。

故得到动量方程为：

(3)

流体质点间相对速度可采用下式计算：

(4)

为保证Mixture模型在有限元插分计算时，不会出现多相场之间某一相场抵消与增强，因而将运动相对速度设定为代数关系，即为：