垂向异重流式分离鳃适用泥沙的试验研究

采用经过筛分、级配不良的非黏性沙和未经筛分的非黏性沙在“垂向异重流式分离鳃”和普通容器中进行沉降对比试验。将沙与蒸馏水混合而成含沙浓度约为60 kg/m3的浑水,分别注入“垂向异重流式分离鳃”和普通容器中。研究不同粒径的沙在两种装置中的沉降过程,观察并记录沙在不同装置中沉降所用时间以及淤积状况。通过研究认识到,“垂向异重流式分离鳃”对非黏性沙进行水沙分离时,与普通容器相比并没有明显的优势,反而因为制作工艺复杂而有某些劣势。因此对“垂向异重流式分离鳃”的研究重点应针对黏性泥沙。     

垂向异重流式水沙分离鳃水沙分离机理浅析

对新形净水装置——垂向异重流式水沙分离鳃的水沙分离机理进行初步研究。在已有的利用加单排鳃片分离鳃对含沙质量浓度为60 kg/m3的浑水进行研究的基础上,对无鳃片普通模型、加单排鳃片模型和加双排鳃片模型在泥沙质量分数为8%~20%的范围内进行了不同含沙浓度浑水中泥沙沉降速度的对比试验,得出3种不同装置中泥沙沉降速度的基本规律。分别从泥沙絮凝的角度和异重流的角度阐述了垂向异重流式水沙分离鳃这一装置可以快速进行水沙分离的机理,并简单论述了垂向异重流的概念。     

分离鳃鳃片倾角对水沙分离影响的试验研究

通过改变垂向异重流式水沙分离鳃中鳃片的两个角度,对不同含沙量水流进行了泥沙沉降试验,并对泥沙在不同鳃片角度时的沉降现象进行了比较分析,初步优选出了最有利于泥沙沉降的鳃片角度组合类型,即鳃片与分离鳃宽度方向的夹角为60°,鳃片与分离鳃长度方向的夹角为45°.     

敞开式分离鳃沉淀池试验

为比较分离鳃在沉淀池中不同布置形式下的水沙分离效果,对敞开式分离鳃沉淀池进行了静水与动水的沉降试验。试验结果表明:分离鳃均匀悬挂在沉淀池中的布置形式,水沙分离效果要好于靠近溢流口布置和远离溢流口布置两种形式。敞开式均匀布置分离鳃沉淀池在静水沉降时出水浊度随时间变化包含浊度迅速减小与浊度缓慢减小两个阶段;在动水沉降时,水力负荷对浊度变化有很大的影响,水力负荷愈小,该沉淀池的出水浊度值愈小,而当水力负荷达到一定值时,则与普通沉淀池处理高浊度浑水的效果一样,故可以通过控制水力负荷,得到不同的出水浊度,实际应用中选择一个合适的水力负荷是确保出水质量的一个重要条件。     

分离鳃最优鳃片间距的静水沉降试验

为了研究分离鳃的鳃片间距对水沙分离效果的影响,在分离鳃和普通管中进行了4组不同含沙量、7种不同鳃片间距的静水沉降试验,运用浅层沉淀理论对不同鳃片间距的分离鳃水沙分离性能进行了分析。试验结果表明:分离鳃的水沙分离效果好于普通管的,不同鳃片间距的分离鳃泥沙平均沉降速度为普通管的1.40～3.25倍;分离鳃的鳃片间距越小,分离鳃的泥沙沉降速度就越大,反之亦然;5～15cm的鳃片间距对清水层厚度和泥沙沉降速度影响最大,同时考虑制作分离鳃的经济性和工艺难易程度,鳃片间距宜为10cm。     

两相流分离鳃泥沙运动轨迹及加速滑移的力学分析

利用高速摄像技术捕捉分离鳃中泥沙运动的图像,对两相流分离鳃内部水沙运动进行测试,描绘了分离鳃流场概化图像,证明分离鳃内有异重流现象发生。通过对分离鳃鳃片上的泥沙进行力学分析,推导出泥沙在鳃片上的运动轨迹,研究了泥沙的沉降特性,并给出泥沙沉降条件与结构设计参数β之间的关系,从力学分析的角度论证了前期物理试验中得出的结构优化参数的合理性。     

最佳鳃片倾斜角下分离鳃内部流场的数值模拟

采用均匀试验设计理论对鳃片倾斜角α与β进行数值模拟方案的设计,通过采用Fluent软件中的欧拉模型,以鳃片3上表面的泥沙速度作为考核指标,对不同鳃片倾斜角下的分离鳃速度流场进行模拟。运用投影寻踪回归分析法(PPR)对数值计算结果进行了分析,得出鳃片β倾斜角对分离鳃水沙分离效果影响是最大的,其次是鳃片α倾斜角的影响;当鳃片倾斜角的组合为α=60°与β=45°时,分离鳃中的速度流场有利于水沙的快速分离且水沙分离效果最佳。     

有进出流时单鳃片分离鳃的水沙流场三维数值模拟

利用RNG k-ε两方程紊流模型和简化的多相流Mixture模型,模拟了有进出流时单鳃片分离鳃装置的水沙两相流流场。经分析表明:进出流的设置未破坏分离鳃装置中存在的垂向和横向两种异重流,不影响水沙分离效率,但泥沙大量淤积在分离鳃底部,未能及时有效地排出。     

悬锥鳃片在静态浑水中加速泥沙沉降的试验研究

对"加鳃"与"未加鳃"两装置中在静水中细颗粒泥沙沉降进行了试验,试验表明,悬锥鳃片在静态浑水中能起到加速泥沙沉降的作用.从试验现象及分析来看,"加鳃"装置在泥沙沉降过程中出现了四个不同斜率的曲线段,加速沉降的阶段可分为开始缓慢的前期加速沉降段和后期较快的全面加速沉降段.文章就此现象分析认为细颗粒泥沙在沉降过程中加快出现的絮凝作用是关键因素,其次泥沙的结构特性、水体的水质和形成了异重流等因素也有一定的影响.     

不同泥沙粒径下的分离鳃内部流场三维数值模拟

为研究泥沙粒径对分离鳃的速度场及水沙分离效果的影响,采用层流模型和欧拉模型,运用PC-SIMPLE算法,对分离鳃内的水沙两相流流场进行了三维数值模拟。计算结果表明:当泥沙粒径d=0.0001mm时,分离鳃内的流场与其他泥沙粒径时有所不同;当0.005mm≤d≤0.035mm时,分离鳃内不同粒径泥沙水流的流场相同;当0.015 mm≤d≤0.035 mm时,分离鳃处理泥沙效果最好,且泥沙粒径越大,去除率越高,水沙分离速度就越快。     

立柱排布方式对悬沙排沙漏斗水沙分离性能的影响

为了获取立柱的排布方式对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对进流量、含沙浓度不同时双排立柱并排布置和交错布置的排沙漏斗的水沙分离性能进行研究。结果表明：无立柱时漏斗悬板淤沙波痕峰值、底板淤沙冲沟的曲率和冲深均最大,立柱并排布置时次之,交错布置时各值均最小;与未加设立柱相比,并排布置排沙耗水率最大增加4.01%,交错布置排沙耗水率最大增加4.25%,加设立柱后漏斗室内的切向流速、螺旋流强度和二次流强度及范围均减小,交错布置相对于并排布置削弱更为明显。并排布置的室内淤沙质量比交错布置减少3.10%～4.76%,底孔排沙率增大0.90%～1.23%。工程设计时,考虑到立柱并排布置时的底板淤积量、底孔排沙率、泥沙总截除率和排沙耗水率与不加立柱时较为接近,故可按照并排方式布置立柱。研究成果可为排沙漏斗悬板支撑系统的优化设计提供参考。     

梭锥管内锥圈对水沙分离的影响

介绍一种新型水沙分离装置梭锥管混浊流体分离装置(简称梭锥管)的初步研究成果。梭锥管是一种新型的低耗水率、动态水力分离水沙两相流的装置。为了探明梭锥管内特有结构——锥圈对泥沙沉降速度的影响,针对结构尺寸相同的有锥圈和无锥圈的梭锥管进行浑水质量浓度分别为30 kg/m3,60 kg/m3,80 kg/m3的泥沙静水沉降试验。试验结果表明,与无锥圈梭锥管相比,泥沙在有锥圈梭锥管中沉降的速度较快,锥圈的存在改变了泥沙的沉降方向,缩短了沉降距离,增加了沉降面积,提高了泥沙的沉降速度。因此,为了提高泥沙的沉降速度,可以适当增加梭锥管内的锥圈数量以增强其水沙分离性能。     

浑水水力分离清水装置柱体高度对流场影响的数值模拟研究

基于Fluent软件对浑水水力分离清水装置的流速场进行数值模拟,分析了柱体高度对装置速度场的影响。结果表明:随着柱体区高度的增加,切向速度衰减,无法产生1 cm.s–1数量级的切向速度,并使得正向轴向流速增加,不利于泥沙沉降。当柱体区高度较小时,中心轴线两侧均存在明显的循环涡流,产生的回流将会降低泥沙颗粒向装置顶部清水溢出口流动的可能性,其径向速度数量级非常小,无明显特点。为了在装置内形成良好的弱旋流场,装置高度不宜过高,建议径高比在0.7～0.8之间。     

刚性植物条件下静水中粗颗粒泥沙沉速研究

为了探求水生植物对泥沙沉速的影响,本文在总结泥沙颗粒在水体中沉降的影响因素及阻力系数规律的基础上,在静水中设置不同直径、不同排列密度的不锈钢圆柱细杆模拟水体中不带分叉的刚性植物,分别测定粒径为0.1cm~0.45cm的沙粒沉速,并与没有植物条件下的沉速进行对比。研究结果发现,在试验粒径范围内,含植物水体中泥沙沉速随泥沙粒径、植物密度增大而减小,通过修正阻力系数,推导出考虑植物杆径及植物密度排列的泥沙沉速公式。     

梭锥管混浊流体分离装置水沙两相流数值模拟

为了探明梭锥管内水沙分离的机理,在不同网格划分方案下,该文对梭锥管内的水沙两相流进行了静水沉降的数值模拟,并将计算结果与实测值进行了对比,选出了最优网格划分方案.在最优网格方案下,采用层流方程和简化的多相流Mixture模型,对梭锥管内部流场进行计算.计算结果表明:在锥圈上表面形成了“泥沙”流下沉,下表面“清水”流上升的小循环运动;作为泥沙沉降的重要边界,锥圈改变了泥沙的沉降方向,缩短了沉降距离,提高了水沙的分离效率;装置内存在水沙绕相邻锥圈形成的小循环流动和沿梭锥管边壁的清水流通道及中心的泥沙流通道做大循环的水沙流现象;两侧通道与锥圈上、下表面流速较大,其余区域流速较小.计算结果与试验结果基本一致,表明层流方程和Mixture模型耦合可以较好地模拟梭锥管内水沙两相流.     

湖泊底泥絮凝沉降试验研究

湖泊底泥的运动过程产生了内源污染,加剧了湖泊生态环境的恶化。研究湖泊底泥在风浪作用下悬浮后再沉降的运移规律,可为了解湖泊水质变化成因以及开展生态环境治理提供技术支持。本课题采用有机玻璃制作的沉降桶,在静水条件下对太湖、龙感湖、巢湖的底泥进行了沉降试验,研究3个湖泊的水体在不同初始含沙浓度和不同水深条件下含沙浓度的变化,分析了3个湖泊淤泥的沉降规律,近似代表天然湖泊的底泥运动状态。试验研究表明3个湖泊水体中悬浮泥沙的沉降均为絮凝沉降,其沉降过程和沉速与单颗粒泥沙相比均发生了量和质的变化,悬浮泥沙絮凝平均沉速随沉距、含沙浓度的增大而增大。最后得出3个湖泊底泥的沉降速度,其研究结果可为采用絮凝沉降法改善水质环境提供参考依据。     

NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用。在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时，作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响，认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式，泥沙絮凝沉降越快，研究发现泥沙中值沉速（中值粒径）随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大，但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐趋缓慢；细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系，细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0．0245mm。