涡管排沙式沉沙池的工程应用——以新疆金沟河渠首电站为例

简述涡管排沙式沉沙池的设计思路，结合新疆金沟河渠首电站，介绍涡管排沙式沉沙池的原型观测结果。并对沉沙地的运用效果进行了分析，工程实践表明，涡管排沙式沉沙池构造简单，运行可靠，造价低廉，有较好的沉沙及排沙作用，可用于排除水电站引水渠道中的悬移质泥沙。     

排沙涡管泄流量和泄流比之估算

由于排沙涡管具有排沙效率高、结构简单等优点，被用于电站或灌溉引水排除中粗颗粒泥沙。涡管泄流量大小决定着排沙量的多少。试验得知：当排沙涡管开口全部被水流淹没而形成满管流后，其开口长度和宽度对泄流量影响较小，涡管与水流方向的夹角对泄流量影响较大。本文通过实验和实例，说明了泄流量和泄流比的估算。     

悬移质涡管排沙分析

涡管排沙措施以前主要是解决推移质泥沙问题。本通过对悬移质涡管排沙的近似分析，建立了悬移质涡管排沙分流比与截沙率之间的关系，并指出了其适用范围，从而将涡管排沙技术由解决推移质问题扩展到解决悬移质泥沙问题，试验基本上验证了理论分析结果。为了提高悬移质涡管排沙效果，中还建议了几项技术措施。     

涡管排沙式沉沙池的工程应用——以新疆金沟河渠首电站为例

简述涡管排沙式沉沙池的设计思路 ,结合新疆金沟河渠首电站 ,介绍涡管排沙式沉沙池的原型观测结果 ,并对沉沙池的运用效果进行了分析 .工程实践表明 ,涡管排沙式沉沙池构造简单 ,运行可靠 ,造价低廉 ,有较好的沉沙及排沙作用 ,可用于排除水电站引水渠道中的悬移质泥沙     

水电站引水渠道涡管排沙工程施工研究

泥沙作为渠道淤泥的主要原因,每年一到汛期便涌入水渠,造成各级渠道淤积、磨损,不得不进行停水排沙、清淤等相关疏浚工作,这不仅影响灌区正常灌溉流量调配,也导致总干渠水电站有效水头降低,不能正常发挥工程经济效益。因此,提出了水电站引水渠道上的涡管排沙工程施工。以东江水利枢纽工程为例,分析该区域实测泥沙数据,确定来沙量与来水量关系。通过设置涡管,使推移质和泥沙在水中旋转,随着水体作螺旋运动。通过确定渠道流量、涡管平均流速、涡管开角、涡管管径、水槽底坡坡度,设计引水枢纽涡管,满足大颗粒泥沙排出需求。引入排沙明渠,调整涡管开口长度,确定涡管铺设段水力要素。对不同颗粒泥沙进行分级处理,将落入涡管推移质排回原来河道并排出。设计涡管排沙式沉沙池,排出悬移质泥沙,渠首的排沙量进行定量分析,最终得出不同调度方式对渠首排沙量的影响规律。图4幅,表3个。     

“涡管排沙”新技术介绍

引水渠道的水流常挟带泥沙，特别是山区组被轻陡的渠道，常挟带推移质泥沙，造成渠床和前池的淤积，以及水轮机的磨损。为此，对于进入渠道的泥沙，应力争在渠道内排除。近年来在新疆、陕西等省区研究成功并有10余处工程成功地应用了一种管道式涡旋流排沙新技术，俗称“涡管排沙”。漏管排沙的有五见附图，其原理是利用理设干渠底的开口钢管，在过境水流切向流速的作用下，使管内产生螺旋式前进水流。进人管中的泥沙在旋转水流的驱动下，以少量的水体将其排出渠道。涡管排沙的设计要点经（水电站引水渠道及前池．设计规范）条文说明的归纳（…     

水电站引水渠上涡管排沙式沉沙池试验研究

通过对涡管排沙式沉沙池的试验研究，证明这种沉沙池具有较好的沉沙及排沙作用，该沉沙池对悬移质中粗粒径部分排除率较高，对细粒径部分排除率较低。为了提高涡管排沙式沉沙池的总排沙效果，文中建议了几项技术措施。     

金沟河渠首漏斗及涡管排沙应用成果分析

螺旋漏斗及涡管排沙技术是经过多年系列模型试验及原型观测获得成功的,1990年通过新疆维吾尔族自治区科委组织的国内专家鉴定,成果属国内领先水平。对粒径大于1mm的粗颗粒泥沙排除率可达100%,捧沙耗水量平均低于引水量的5%。本文应用实测的水文资料,对金沟河渠首漏斗及涡管排沙排沙率和耗水率等技术指标进行分析,以此来科学合理的论证涡管和漏斗对本枢纽工程和输水工程的排沙效果,为枢纽工程的合理设计和运行管理提供技术依据。     

涡管排沙式沉沙池

试验及理论计算都证明：在断面扩大了的渠道中，流速逐渐减小，悬移质泥沙将分选沉降转化为推移质。沉降到渠底的及临底运动的悬移质泥沙，可由设在渠底上的排沙涡管排出，从而形成一种涡管排沙式的沉沙池。本文介绍这种沉沙池的设计方法、模型试验和沉沙池建成后的初步运行情况。     

涡管排沙技术研究的发展与前瞻

通过对涡管排推移质泥沙机理的分析及试验研究 ,提出涡管排沙的三个参数 :涡管分流比、截沙率及挟沙能力 .对涡管与渠道水流方向的夹角、渠中水流的佛劳德数及涡管开口宽度等参数与排沙效率的关系也分别进行了研究 .通过对悬移质分选沉降的理论研究 ,提出了悬移质涡管排沙的计算方法 ,该方法已成功地应用于沙湾县金沟河渠首水电站沉沙池的设计上 .文中还提出了涡管排沙技术有待研究的问题     

新疆金沟河排沙工程涡管排沙技术的应用

根据金沟河涡管排沙工程的布置形式及排沙要求,提出了排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度、涡管纵向坡度等技术指标的确定方法,计算并分析了排沙涡管截沙率及排沙效果。结果表明:通过对排沙涡管进行改进,金沟河排沙平均耗水量占引进水量的4.51%,符合原设计的技术指标。     

涡管螺旋流排沙技术及其应用

在综合分析国内外涡管螺旋流排沙技术主要研究成果的基础上，对螺旋流的形成及排沙机理、涡管泄流比和排沙率以及涡管设计和实际应用情况，作了全面而综合的介绍，并提出了自已的观点，指出了有待进一步深入研究的问题。     

排沙漏斗流场特性与排沙机理研究

排沙漏斗是一种截沙率高、耗水率小的二级泥沙处理设施。为了进一步探明排沙漏斗的流场特性和排沙机理,该文采用声学多普勒流速仪(ADV)对排沙漏斗立轴螺旋流进行了三维流场测试,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法数值模拟了排沙漏斗内清水流场,计算的水流时均流速分布与实测结果吻合良好。通过数值模拟方法得到了全面详细的排沙漏斗流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理,提出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。     

排沙漏斗悬移质泥沙运动数值模拟

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施。为了探明排沙漏斗悬移质泥沙运动特征和排沙机理,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了排沙漏斗水气沙三相流动,其中水相和气相采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法描述,悬移质泥沙用颗粒轨道模型描述。通过对计算的悬移质含沙量垂向分布与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。计算结果表明:在漏斗室外侧区域含沙量分布整体上较均匀,在漏斗室内侧区域的近底部存在一个明显的高浓度带。作者认为,上述排沙漏斗悬移质泥沙含沙量分布特征主要是由排沙漏斗内的二次流引起的。     

排沙漏斗悬板径向坡度对流场影响的试验研究

为了弄清楚溢流悬板径向坡度改变对排沙漏斗流场的影响,通过物理模型试验方法,利用粒子图像流场测速技术(PIV)对悬板径向坡度分别为0、0.087、0.173、0.259时的排沙漏斗模型三维速度场进行了量测,并结合排沙漏斗工作原理对各工况下的切向速度、径向速度、垂向速度及流线进行了对比分析。结果表明:随着悬板径向坡度增加,漏斗室内旋流强度增大,空气涡面积增大,排沙耗水率降低,泥沙颗粒向室内运动机率增大,淤积在悬板上的可能性减小;悬板坡度对漏斗室内的二次流强度和形成位置影响较大,其中坡度为0.173时二次流最为稳定,坡度为0.259时,无二次流形成,不利于底部泥沙输移至排沙底孔;垂向速度分布结果表明坡度为0.259时过渡区垂直向上流速较少,泥沙落淤悬板或者随流溢出的机会最小,但垂直速度相比切向速度和径向速度而言较小,且过渡区范围很小,对悬板落淤和截沙率的影响可以忽略不计。     

WAVE BOTTOM LAYERS DYNAMIC WITH SUSPENDED SEDIMENT OVER VORTEX RIPPLES

Vortex ripple is widely formed in the coastal region, and the dynamic of vortex is quite important because it is responsible for sediment transport. The flow structure around the vortex ripples can be modeled as 2D flow due to the geometry of the flow boundaries. In this paper, 2D Large-Ed-dy-Simulation (LES) method was used to predict the flow structure and the dynamic of vortex in the bottom layers under the action of the wave, the numerical simulation results show a completely process of vortex formation, evolvement and disappearance. Based on the study of flow structure, the suspended sediment transport was modeled in present paper. The simulated sediment concentrations were compared to measurements from the literature. The agreement between the time averaged simulated concentration profiles and measurements is satisfactory. For a high setting velocity, the suspended sediment is confined to the vicinity of the bed, and it is dominated by the local bottom shear stress. For a small setting velocity, the suspension is more dominated by the characteristic of vortex. There are two suspended sediment transport peaks observed in the cross-section at the trough and crest in the half period, the second peak is due to the separation bubble taking the sediment.     

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。     

Experimental study by PIV of swirling flow induced by trapezoid-winglets

The characteristics of the longitudinal vortex induced by trapezoid-winglets in a circular tube are investigated by the Particle Image Velocimetry （PIV） Technique with flow Reynolds number in the range of 500-13 000. In the experimental test section, four trapezoid-winglets are fixed symmetrically on the tube wall in two different ways： up-flow and down-flow. The results show that a counter-rotating vortex pair is formed behind each winglet and they distribute as a symmetrical vortex array in the transverse section. Between the two vortexes in a vortex pair the fluid flows towards the wall in the up-flow winglet case and away from the wall in the down-flow winglet case, corresponding also to the regions of peak values of the velocity components normal to the mainstream. Both of the flow patterns enhance the velocity in the near wall region, leading to the intensification of the transverse mixing and the mass transfer in the tube. With Reynolds number increasing, the flow maintains the vortex pattern in the case of the up-flow winglets, indicating better persistence of the longitudinal vortex, while the vortexes in the case of the down-flow winglets are more scattered and tend to breaking into small eddies. The trapezoid winglet shows the preferable turbulent disturbance characteristics in the tube and the experimental results provide benchmark data for further CFD studies.