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.     

梭锥管混浊流体分离装置流场PIV 测试及分析

利用粒子图像测速技术,测试了两种工况下梭锥管混浊流体分离装置（简称梭锥管）内的水沙两相流的速度场,给出了梭锥管内泥沙运动的流速矢量分布及流速大小云图。对测试结果的分析表明,实测结果与理论分析结果一致。含沙水流进入梭锥管后,其内设置的多层锥圈把泥沙沉降区域分割成若干个沉降距离较短且相互独立的沉降空间,缩短了泥沙的自由沉降距离。相邻锥圈组成的水沙分离空间内,形成了沿锥圈上表面向下运动的泥沙流和沿锥圈下表面向上运动的清水流,使分离后的泥沙流和清水流沿各自独立路径流动,泥沙流流入排沙装置中心的排沙通道,而清水流流入装置边壁处的清水流通道,相互之间无混掺和干扰,加快了水沙分离速度。     

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。     

梭锥管内水沙两相流流场及含沙量分布研究

为了探明梭锥管快速分离水沙两相流的机理,分别对梭锥管和普通装置进行了静水和动水沉降试验,获得了不同采样点的含沙量随时间的变化规律.结果表明:与普通装置相比,梭锥管内完成泥沙沉降所需的时间约为普通装置的67％;梭锥管内沉降面积相等的各采样点含沙量均随沉降时间的增加而迅速减小,且在相同时段各采样点的含沙量基本相等,与采样点的位置无关;梭锥管内布置锥圈后,缩短了泥沙的垂直沉降距离和沉降时间,并且沉降到锥圈上的泥沙能快速汇集到浑水通道,达到了快速分离水沙的目的.     

梭锥管内锥圈水沙分离机理及锥圈设计参数

从梭锥管内特有的泥沙沉降特性出发,根据泥沙运动力学和沉淀理论,重点分析梭锥管内锥圈对泥沙沉降特性的影响。以絮团为研究对象,通过力学分析和数值分析给出了满足泥沙不淤积且以较大速度沿锥圈内表面下滑的锥圈倾角范围,并根据沉淀理论推导出锥圈的最佳倾角为45°。理论推导出锥圈长度和锥圈间距,研究这两个参数对泥沙沉降速度的影响,结果表明在相同的水沙条件下,梭锥管可使更多泥沙发生沉降,其沉降能力大于没有加锥圈的普通容器。泥沙沉降速度与锥圈长度和锥圈间距的比值有关,比值越大,泥沙沉降速度越大,设计时建议选择较大的比值。     

浑水水力分离装置中水沙两相湍流的数值模拟

文章采用RNG(重整化群)k-ε双方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对浑水水力分离装置内水沙两相湍流场进行了数值模拟,得到浑水水力分离装置的柱体区、悬板区以及锥体区内含沙水流的平面速度矢量分布、含沙水流的紊动强度分布以及泥沙体积浓度分布。通过装置内清、浑水流场的计算结果,分析了泥沙的存在对装置内水流平均流速和紊动强度的影响,以及不同区域内影响水沙分离的主要作用力。研究结果表明泥沙的存在不会削弱水流的平均运动,但泥沙可有效地抑制水流的紊动扩散作用,有利于悬浮泥沙的沉降,装置内不同部位影响水沙分离的主要作用力不同,在锥体区和悬板区水沙分离主要依靠离心力,而在柱体主要依靠重力沉降。     

基于滴灌浑水水力分离装置的水沙分离试验研究

针对西北地区农业滴灌中河水泥沙含量高的问题,结合新疆玛纳斯河流域下游段泥沙资料及喷、滴灌灌区需水量的大小,分析了流量、河水浓度对浑水水力分离清水装置水沙分离效果的影响,对其首次应用于滴灌泥沙处理进行了试验研究。观测和分析各工况下进流量、进流浓度对溢流浓度、溢流中泥沙粒径分布及最大泥沙粒径和底孔浓度的影响规律。结果表明:浑水水力分离清水装置完全可以代替沉沙池加滤网的旧模式处理泥沙以满足滴灌用水的规范要求。     

加压液化输沙技术不同孔径对“浑水水力分离清水装置”流场影响的数值模拟

为探究加压液化输沙技术运用于浑水水力分离清水装置的最佳孔径,运用FLUENT软件,采用RNG k-ε紊流模型和多相流混合模型,对不同加压液化渗水孔孔径作用下,浑水水力分离清水装置的水沙两相三维流场进行了数值模拟。根据模型计算结果,分析对比了不同加压液化渗水孔孔径作用下,装置内部流场泥沙分布的变化。研究表明:加压液化渗水孔孔径为2mm时,装置内部浓度分层明显,锥体底部水沙扰动剧烈,没有出现泥沙淤积,清水溢流出口含沙浓度较小,水沙分离作用效果明显,是装置运用加压液化输沙技术的理想状态。研究成果为优化加压液化输沙技术与装置的结合奠定了理论基础。     

基于CCHE模型的重力沉沙池水沙数值模拟

为了研究重力沉沙池流量、含沙量与水沙分离效率的关系,借助CCHE软件,建立CCHE2D水沙两相流数学模型,采用混合掺长紊流模型,对重力沉沙池进行数值模拟,得到沉沙池内水流流态、悬移质输移规律以及沉沙池的水沙分离效率,并在前人研究的基础上,进一步对不同流量、含沙量情况下,其流量和含沙量对沉沙池水沙分离效率的影响进行分析。结果表明:当流量在0. 05～0. 30 m~3/s时,随着流量增大,则流速增大,水流挟沙力增大,不利于泥沙沉降,使沉沙池的水沙分离效率降低;改变初始含沙量(5～20 kg/m~3),随着初始含沙量的增大,由于沉淀池尾部回流区存在,使得部分泥沙直接被带入清水池,使得沉沙池水沙分离效率降低。     

浑水水力分离清水装置弱旋流场特性研究

浑水水力分离清水装置是在动态条件下利用水流自身的能量,从高含沙浓度的浑水中将水沙(包括极细沙和黏粒)分离,获取可供人们生活用的透明清水的取水装置。由于装置内部结构复杂,仅通过物理模型实验无法了解"装置"内部完整的流场特性。采用k-εRNG湍流模型和SMPLEC算法对"装置"内部三维速度场进行了数值模拟。根据计算结果详细分析了"装置"内径向、轴向以及切向速度分布特征,及其对"装置"内泥沙运动轨迹和水沙分离效率的影响。从清水流场特性出发,初步探讨了"装置"有效分离水沙并获得清水的机理,并为"装置"结构进一步优化提供参考。     

圆中环沉沙排沙过滤池结构特性试验研究

圆中环沉沙排沙过滤池是一种新型的浑水沉沙、排沙、过滤装置,通过新疆呼图壁城镇工业供水工程圆中环沉沙排沙过滤池的物理模型试验,模拟了在1 m3/s工况下的运行效果。试验结果表明:采用三层不同粒径的滤料,中心溢流筒加高0.4 m时,能较好的起到沉沙、排沙和过滤的作用且不被击穿,同时能满足引水量的要求,汇流槽平均流速在0.88～2.77 m/s范围内。与常规水沙分离装置相比,这种新型的装置实现了节能减排,环保性处理泥沙的目标,为水沙分离提供了另一种新的思路。     

高含沙水流作用下水垫塘底板上举力特性试验

针对高含沙水流对水垫塘底板上举力特性的影响,通过模型试验,研究了不同含沙量下底板上举力的分布规律、幅值特性和频谱特性。结果表明:含沙水流作用下的上举力沿程分布规律与清水时相同;各流速下上举力时均值均随含沙量的增大而增大,且基本呈线性函数关系,斜率在0.17～0.22之间;上举力标准差随含沙量的增大先增大后减小,在含沙量为183 kg/m~3时出现峰值;上举力的脉动在0～3 Hz的低频范围内,与清水相比,水流含沙后功率谱的频带宽度增加,高频域内的功率谱密度值有所增加;水流的时间积分尺度随着含沙量的增大呈先增大后减小的趋势。     

郓城南湖雨水径流悬浮物削减方案研究

雨水径流对城市湖泊水体环境质量有显著影响。针对雨水径流中泥沙含量过高的问题,为设计山东省郓城县南湖入湖雨水径流悬浮物削减方案,开展了水力旋流器对雨水径流中悬浮物去除效果及影响因素的实验研究。实验结果显示：水力旋流器对于悬浮物的分离效率随着进料浓度的增大而降低;随着进料流量的增大而提高,且进料流量可以更显著地影响水力旋流器的分离效率。基于实验结果,拟合得到相应型号的水力旋流器分离效率、进料浓度和进料流量之间的回归关系,并预估了在郓城南湖的实际应用中,该型号水力旋流器对雨水径流中悬浮物的分离效率约为26.63%,需通过多级水力旋流器的串联或结合其他处理措施才能使入湖径流达到预设标准。     

导片锥角和片数对悬锥装置水沙分离效率的影响研究

通过物理模型试验,将泥沙沉降过程中浑水含沙浓度作为量测指标,通过变量控制法就导片锥角和片数对悬锥装置的水沙分离效率影响情况进行了试验研究.研究结果表明:悬锥装置中导片片数的多少是影响该装置水沙分离效率的主要因素,而导片锥角的大小对装置的水沙分离效率影响不大.     

三门峡水库汛期排沙效果研究

三门峡水库汛期排沙是解决泥沙淤积问题、控制潼关高程的关键途径。"蓄清排浑"运用以来,非汛期蓄水期库区发生淤积、汛期降低水位运用排泄全年泥沙,基本保持了库区动态冲淤平衡。不同控制水位和入库流量过程存在不同的排沙效果,针对三门峡水库汛期排沙过程的差异,对"蓄清排浑"运用以来汛期排沙特征进行统计,分析了水库敞泄和不同控制水位运用对排沙效果的影响。结果表明,在汛期平水305 m、洪水敞泄的运用条件下,水库排沙具有多来多排的特点,汛期排沙总量与入库含沙量和水量密切相关;完全敞泄时库区冲刷取决于流量大小和敞泄时间,净排沙效率随着水量的增加和敞泄时间的延长而减小,冲刷效率降低;汛期控制运用期,当流量在1000 m³/s以上时、水位在305～311 m也会产生一定的排沙,排沙效果取决于含沙水流在壅水段的滞留时间和出入库流量之比。研究成果可为三门峡水库运用方式的优化提供依据。     

基于自由搜索的水库入库含沙量预测模型

水库泥沙淤积问题直接关系到水库的规模、寿命以及综合经济效益的发挥。入库水流含沙量是影响水库调度运行以及水库泥沙淤积的主要因素,目前国内结构简单、实用性较强的含沙量预测模型不多。以水库的入库站流量及上游站至入库站的区间流量为研究对象,提出了基于两个水文站流量的水库入库含沙量的预测模型,采用改进的自由搜索算法率定模型参数,并将模型应用于龚嘴水库的入库含沙量的预测。研究结果表明,构建的模型结构简单,参数率定便捷,预测含沙量的精度较高,为水库入库含沙量预测提供了一种简便适用的方法。     

Modelling the reciprocal water exchange between a river (Havel) and a lake (Tegeler See) during spring and autumn overturns

A finite volume computer model (current flow and transport) was used to simulate the reciprocal water exchange between a river (Havel) and a lake (Tegeler See) appendaged to the river in Berlin, Germany. The discretization of the model control volume is 2‐D along the plane of the water surface, which restricts the modelling to time periods of complete overturn. The finite volume method does, however, allow a depth to be given for each volume cell. A k‐ε turbulence submodel was integrated into the model to calculate the distinct dispersion coefficients for each volume cell. As current flow measurements were unavailable, the model was verified indirectly by the transport simulation of dissolved chloride, a conservative substance. The results show that the Havel contributes up to 30% of the total inflow to Tegeler See when it is overturned. As the Havel is more heavily polluted with respect to phosphorus loading, this has negative implications to the water quality of Tegeler See. Suggestions are given for controlling the Havel inflow amount by increasing the output of the phosphate elimination facility, the second main inflow to Tegeler See. Its output has very low phosphorus concentrations and serves as a flushing function.     

水库异重流的三维数值模拟及影响因素分析

不同水沙条件下异重流的潜入位置以及潜入后流速和含沙量的垂向分布规律是研究异重流运动规律的关键要素,对优化水库异重流的排沙调度、提高水库运用效益等至关重要。本文利用SCHISM三维水沙数学模型对水库异重流水槽试验进行了数值模拟,结果表明模型能够得到符合实际情况的垂线流速和含沙量分布,且异重流潜入后的平均厚度、平均流速和平均含沙量均与实测值吻合较好。对异重流模拟结果的分析发现,入口流量和含沙量的增加造成异重流运动速度越快,而入口含沙量的减小和流量的增加会造成异重流厚度增加。异重流垂向流速和含沙量的无量纲化分布受到入口水沙条件的影响,表现在其与断面Froude数的相关性,Froude数越大,则最大流速点与河床的距离越小,最大流速越大;含沙量致密层的厚度越小,对应的含沙量也越大。此外,潜入点位置也受入口水沙条件的影响,表现在潜入水深与入口水深之比随入口Froude数增加而增加的定量关系,由此可以利用入口水沙条件预报异重流潜入的位置。研究结果不仅验证了SCHISM模型用于模拟水库异重流运动的优势,而且丰富和完善了关于异重流潜入点位置及流速和含沙量垂向分布受入口水沙条件影响的变化规律。