基于数值模拟的分离鳃水沙分离效率及机理分析

利用层流模型和欧拉模型,运用Phase Coupled SIMPLE(PC-SIMPLE)算法,对分离鳃与普通管中的水沙两相流流场进行了静水沉降的三维数值模拟,并根据数值计算结果,对分离鳃与普通管内的速度场和含沙量分布特性进行了对比与分析,探讨了分离鳃的水沙分离效率及机理。结果表明:分离鳃中的速度矢量分布规律与普通管不同;分离鳃的结构形式、其内部的流场特性及含沙量分布特性都有利于水沙的分离,故分离鳃中的泥沙速度、清水速度及泥沙去除率都大于普通管的。探明了分离鳃快速分离水沙的机理,这对分离鳃结构的进一步优化提供了理论基础。     

梭锥管混浊流体分离装置倾角优化数值模拟研究

为了研究锥圈倾角和下锥管倾角对梭锥管内水沙分离效果的影响,在数值模拟计算结果与PIV测试结果一致基础之上,建立了5个不同锥圈倾角和7个不同下锥管倾角的梭锥管模型,采用层流方程和简化的多相流Mixture模型通过数值模拟计算了浑水含沙浓度为5kg/m3时各个梭锥管内部的泥沙浓度和速度场,详细对比分析了不同倾角下梭锥管内的速度场和浓度分布特性。结果表明,在上锥管结构尺寸、锥圈间距不变的条件下,锥圈倾角β与下锥管倾角γ相等且等于45°时,梭锥管水沙分离效果最好,在该角度下锥圈上表面泥沙滑动至排沙通道所需要的时间最短,梭锥管水沙分离效率最高。     

浑水水力分离清水装置内水沙两相弱旋流场数值模拟

采用RNG（重整化群）两方程紊流模型和简化的多相流Mixture（混合）模型,对浑水水力分离清水装置内水沙两相三维弱旋流场进行了数值模拟。根据计算结果,详细比较和分析了加沙前后装置内径向、轴向以及切向速度分布特征,及其对“装置”内泥沙运动和水沙分离效率的影响。从水沙两相流场特性出发,初步探讨了“装置”有效分离水沙并获得清水的机理,为设计优化装置结构提供理论基础。     

浑水水力分离清水装置内水沙两相

采用RNG(重整化群) 两方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对浑水水力分离清水装置内水沙两相三维弱旋流场进行了数值模拟。根据计算结果,详细比较和分析了加沙前后装置内径向、轴向以及切向速度分布特征,及其对“装置”内泥沙运动和水沙分离效率的影响。从水沙两相流场特性出发,初步探讨了“装置”有效分离水沙并获得清水的机理,为设计优化装置结构提供理论基础。     

河水滴灌重力沉沙过滤池中浑水流场分布规律

为研究河水滴灌重力沉沙过滤池中的水力特性及流场分布规律,采用Fluent软件中的标准k-ε模型和混合物模型计算了其关键建筑物沉沙池内的水沙两相流流场,并将数值计算结果与物理试验实测数据进行了对比,发现数值计算结果与物理试验结果吻合较好,采用的数学模型可以模拟沉沙池中的水沙两相流运动过程,具有一定的准确性和可靠度.根据数值计算结果可知:沉沙池中浑水流速沿水深方向上的变化规律包含流速迅速增大、流速快速减小及流速恒定3个阶段;含沙量沿水深方向上的分布规律可分为清水层、等浓度层、沉降层和压缩层.基于数值计算结果,提出沉沙池尾部和侧向溢流堰处应采取一定措施,防止水流产生局部回流和旋涡,减少泥沙被带出沉沙池外,从而提高水沙分离效率.     

“浑水水力分离清水装置”流场数值模拟——基于加压液化输沙技术的不同水头作用

为完善加压液化输沙技术与浑水水力分离清水装置的结合,在前期研究成果的基础上,通过采用RNG(重整化群)两方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对不同加压液化渗水孔压力水头作用于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FLUENT软件计算结果,详细分析了不同加压水头作用下,装置内部流场泥沙分布特征的变化。研究表明,加压液化输沙技术在压力水头为1.8~1.9m作用下,清水溢流含沙浓度较小,排沙底孔排沙畅通,是装置运用加压液化输沙技术最理想的状态。研究结果为将加压液化输沙技术更好的运用于浑水水力分离清水装置提供了理论依据。     

动水条件下分离鳃水沙分离效率的分析

采用物理模型试验方法,开展了相同含沙量下不同流量的分离鳃和普通管水沙分离效率试验。试验结果表明:动水条件时,分离鳃中也出现了垂向和横向异重流现象;当含沙量为10kg/m^3时,分离鳃在浑水进口流量为0.3、0.5、0.7、0.9、1.1m^3/h条件下,水沙分离效率是普通管的1.03~2.26、1.16~2.45、1.30~2.70、1.58~3.85、1.65~1.60倍;分离鳃的最佳浑水进口流量为0.9m^3/h,水沙分离效率可达34.12%,耗水率为5.78%;浑水进口流量为0.3~0.9m^3/h时,分离鳃水沙分离效率随时间的变化可分成缓慢增加、快速增加、缓慢增加3个阶段,而浑水进口流量为1.10m^3/h时仅有缓慢增加阶段。     

梭锥管与普通装置内水沙两相流场特性数值模拟

文章采用层流方程和简化的多相流Mixture模型,针对结构尺寸相同的普通装置和梭锥管进行了浑水质量浓度为5kg/m3的泥沙静水沉降的数值模拟,并将计算结果与PIV测量结果进行对比,计算结果与实测结果吻合较好。详细分析了两装置内速度场、浓度场的特点及区别。结果表明,在梭锥管内,泥沙通道中心断面上泥沙的速度是普通装置内的5-6倍;在相邻锥圈间形成了沿锥圈上表面向下和沿锥圈下表面向上的环流。在普通装置内,泥沙始终沿重力方向竖直向下沉降,泥沙浓度分布比较均匀,速度较小。与普通装置相比,泥沙在梭锥管中沉降的速度较快,且特有的结构—锥圈,改变了泥沙的沉降方向,缩短了沉降距离,增加了沉降面积,使梭锥管内的水沙分离效果更明显。因此,为了提高梭锥管内水沙分离的效率,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。     

错流紊动射流速度分布的数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型，应用流体有限元方法，对错流紊动射流的流动速度场进行了数值模拟研究。结果表明，错流射流内部有分叉现象，射流喷口背风侧的流动出现了分离并形成尾迹区。分析了分又及尾迹区产生的机理。给出了射流与主流速度比等于3和5的速度场。研究结果表明：射流与主气流速度比直接影响流场特性，其值越大射流对主气流的影响越大。     

高含沙水泥沙分离系统设计与分析

将地表高含沙量应用于滴灌是世界性难题,提出适宜的高含沙水滴灌泥沙分离系统是保障引黄滴灌系统安全运行的有效途径之一。采用旋流分离技术结合网式过滤技术对高含沙水进行泥沙分离,在Rietema公式计算出适用于高含沙水质特点的旋流器尺寸的基础上,为减小短路流对分离效果的影响,优化传统旋流器结构,并借助计算流体动力学软件Fluent,采用两相流模型,对优化前后旋流器内部复杂组合螺线涡运动进行数值模拟,分析内部流场湍动能分布特性、泥沙运动轨迹及旋流器壁进行泥沙磨损特性。并对比优化后泥沙分离系统溢流口、底流口泥沙浓度及溢流口泥沙去除率的模拟值与实测值,确定模拟结果的可靠性。结果表明:所设计的旋流分离器与网式过滤器组成的多级泥沙分离系统能有效分离高含沙水,改进后的水力旋流器能更有效地提高泥沙分离系统的分离效率,增加内部流场的稳定性,减小磨损区域和磨损量,提高其使用寿命,为滴灌系统稳定有效的工作提供保障。     

引黄灌区首部枢纽泥沙输移特性与流速试验研究

为了探究引黄灌溉枢纽挟沙水流沿程含沙量变化规律和悬移质泥沙的垂向分布规律,推求首部枢纽有害泥沙悬浮的临界不淤流速,阐明减少有害泥沙引入的措施与方法,以提高输配水利用效率.以山西尊村灌区为主要研究对象,通过对一级站首部枢纽2019年5—7月取黄河水样及工况、断面流速、水深、水面宽度数据监测,分析了泥沙含量、沉起流速,采用...     

联合收获机多风道清选装置气流场分布与风机参数优化

针对现有联合收获机单风道清选室难以满足脱粒排出物对气流速度和方向的要求这一问题,采用Solid Works软件设计了多风道清选室的流道模型,运用ICEM软件对其划分网格,再利用CFD技术对网格模型进行内部气流场分布的数值模拟,并以离心风机的转速、叶轮的叶片数和风机出风口角度3个设计参数作为实验因素,对清选装置内部气流场分布进行三因素二水平正交仿真实验。通过对多风道清选室全压云图和速度矢量图的对比分析,确定风机叶片数为4、风机叶轮转速为1080r/min、风机出风口角度为25°时,清选装置有利于籽粒从脱出物中有效分离和籽粒的清选。     

不同工作压力下穿孔形灌水器内的旋涡作用分析

为探究穿孔形流道内的旋涡对灌水器的抗堵塞与消能性能的影响,基于试验验证的数值模拟方法,对4种工作压力下流道中的流场分布、旋涡区的几何特征、涡旋强度及压力分布进行了分析,同时分析了该灌水器内不同粒径泥沙颗粒的运动情况.结果表明:旋涡区可对流道边壁进行持续冲刷清洗并减缓颗粒在流道内部的聚积,旋涡区可发挥抗堵塞作用;旋涡区内不同流速的流层间、旋涡区与主流区间、旋涡区与流道边壁间的摩擦作用都会消耗能量,旋涡区可发挥消能作用;旋涡区可在不同压力下形态稳定.以上分析表明,旋涡区在不同压力下稳定存在,并可提高滴灌灌水器的抗堵塞与消能性能,为灌水器的抗堵塞及水力性能优化提供参考.     

基于Fluent的膜秆分离装置的数值模拟

为了达到有效分离地膜的目的,研究了场地膜秆分离装置内流场的压力分布和速度分布,获得适合场地膜秆分离装置的进料口的尺寸,为场地膜秆分离装置的结构设计和优化提供了比较重要的理论依据。建立场地膜秆分离装置初始模型,采用Ansys里的Fluent模块对其腔体内流场的压力分布和速度分布进行了数值模拟,并对比分析所得的结果。结果表明:当进料口为无角度送料、腔体横截面长度为1 300 mm、腔体横截面宽度为1 0 0 0 mm时,腔体流场的压力分布总体均匀,下落粗棉杆和细棉杆的范围相对较大;当进料口为无角度送料、腔体横截面长度为1 300mm、腔体横截面宽度为1 000mm时,为合理工况,利于分离出地膜。     

U形渠道水流流速垂向分布规律及模拟

为了明确U形渠道水流流速分布规律,指导田间用水管理生产实际,基于室内和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特点,将非对称封闭渠道流速分布结果引入明渠水流流速分布研究中,提出了垂向流速分布双幂律,同时给出了相关参数的确定方法,并采用实测资料对双幂律进行了验证.结果表明,U形渠道同一测线不同测点水流流速随着垂向位置的升高而逐渐增大,但在水面处有所减小,最大流速出现在水流表面以下.在此基础上建立的能够同时表达上下底面影响水流流速分布的双幂律,能够准确表达U形渠道水流流速分布特点;与常用流速分布规律相比,双幂律具有更高的计算精度.经实测资料验证,双幂律拟合流速垂向分布计算结果的相对误差较小,在相对深度处于0.10～0.95的计算区间内,双幂律计算相对误差小于5%,且对常见的不同断面、不同规模渠道具有普遍适用性.     

场地膜秆分离装置送风口尺寸改变的数值模拟

为达到有效分离地膜的目的,建立了场地膜秆分离装置的三维计算流体力学模型,采用Fluent软件对场地膜秆分离装置内的流场进行数值模拟分析,改变分离装置送风口的几何尺寸,分析比较其内部流场的压力分布速度分布。结果表明:在送风口和进料口的相对位置为100mm、送风口宽度为200mm和送风口长度为6 0 0 mm时最为合理,为场地膜秆分离装置的结构设计和性能改进提供了参考。     

螺旋流排沙管三维数值模拟

涡管排沙以其成本低、效率高等优点而被常常应用于引水明渠的渠首中,但由于涡管尺寸小、流动三维性强等特点,涡管中流动的真实信息很难得到,不利于涡管的优化设计。应用FLUENT软件,以RNG k-ε湍流模型封闭Reynolds方程,SIMPLE算法求解方程组,采用VOF法追踪自由表面,对明渠排沙涡管中流态进行了三维数值模拟,得到了涡管内切向和轴向流速分布的完整信息。分析了水深、排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度和涡管纵向坡度等参数对涡管内流速分布的影响,对于明渠涡管螺旋流排沙设计具有一定的参考意义。     

液黏调速离合器离心式油腔设计及其特性

液黏调速离合器是一种依靠多油膜剪切力传递扭矩的装置,尤其适合于大型风机、水泵等工程机械调速节能.由于其各摩擦副润滑油入口处油压、流量大小无法保证均匀一致,在实际工程应用中往往出现摩擦副过热、变形、偏磨等问题.为了解决此类问题,提出了一种新型离心油腔式液黏调速离合器.理论分析表明:充分利用油腔离心力的甩油作用可使得润滑油均匀地甩入各摩擦副.另外,基于流体动力学理论,建立了2种不同结构的三维流场模型,应用Fluent对流场进行数值模拟计算,研究了油腔结构和普通油道结构对喷油孔处压力和流速的分布规律.仿真结果表明:离心式油腔的设计可显著提高液黏调速离合器各摩擦副润滑油入口处油压及流量的均匀性,从而提升液黏调速离合器的工作性能,延长其工作寿命.     

清水作用下全动床复式河槽河床演变特性

通过水槽试验,探讨了清水作用下由非均匀沙构筑而成的全动床复式河槽的演变特性,包括河床完全粗化后河道稳定宽度及滩岸侵蚀的沿程变化.复式河槽断面构筑而成后,实施倒灌,然后恢复地形,最后用全站仪施测初始河道地形,在试验结束后,相应断面再做精细床面形态测量.复式河槽流量由槽首的矩形堰量测,水位由自动水位仪量测.试验结果表明,随着泥沙淤积量的增大,主槽水深变浅;而河道水深变浅,又将会使床面泥沙起动的作用力减小,河道水深将变得更浅.清水作用下的全动床复式河槽达到稳定时,河道稳定宽度将沿程变化;河道完全粗化后,主槽宽度增大,滩岸侵蚀速率在空间上变化趋势表现为越往下游,滩岸侵蚀速度越小;在清水作用下,河道滩岸发生侵蚀,其侵蚀面积有沿程减小的趋势,这与流速沿程的变化相一致.