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.     

改进直线型沉沙池在农业微灌中的运行效果

针对传统直线型沉沙池存在的泥沙去除率低、适应性弱和占地面积大等缺点,基于泥沙沉淀特性、水流特性和泥沙在池内的分布特征,对引流段和溢流堰进行改进;结合涡流排沙原理,在溢流堰后部设置涡流管,实现双重沉沙.通过搭建物理模型,测试沉沙池不同点位水流流速、泥沙粒径及质量分数,研究双重沉沙池泥沙沿程变化规律及沉沙率.结果表明:一重沉沙主要为推移质泥沙,沉淀量达到95%以上;二重沉沙主要为悬移质泥沙,相对于无溢流槽和涡管分别提高了12.70%和18.80%;系统总的沉沙率可达到96.88%以上,极大提高了池内泥沙的沉沙率,充分说明改进后的沉沙池对提高泥沙沉降效果的作用显著.研究结果可为微灌工程的大规模推广应用提供一定的技术支撑.     

微灌沉沙池在新疆兵团节水灌溉中的应用研究

微灌沉沙池是为了直接利用地表水资源作为微灌系统灌溉水源而提出的一种新型泥沙处理技术,在进水口加设调流墙、在溢流堰上沿水流方向设置溢流槽两个方面对传统沉沙池进行了改进。通过对微灌沉沙池在生产实际中的应用展开了研究,并在几个方面与传统沉沙池做了比较,结果表明,微灌沉沙池可以大大提高泥砂的沉淀效率,出池水流平均含砂量最大降幅可达95%,特别是对细颗粒泥沙的沉降具有很好的效果,使出池水流含沙量更小,具有广阔的应用前景,值得在更大范围内推广。     

基于欧拉固液两相流模型的泵站进水侧流场三维模拟

针对泵站过水建筑物中出现大量的泥沙淤积和不良流态,基于欧拉固液两相流模型对大型泵站进水侧流场进行三维CFD数值模拟.数值模拟结果表明,泵站原始的布置方案会引起低速区、漩涡以及回流等不良的进水流态,会导致在泵站前池出现泥沙淤积的现象.为了改善泵站进水流态和减少前池的泥沙淤积,对泵站分水堰形状进行修改并在引渠段加设整流底坎.数值模拟结果显示,通过对泵站原始布置方案的修改,消除了前池内的回流,漩涡的范围也有所减小,泥沙淤积的现象得到了较大的改善,水流中的泥沙体积分数平均减少了13％.     

水电站坝身沉冲沙系统试验研究与数值模拟

水电站沉沙池按常规大多布置在枢纽首部,由于受地形地质条件限制,因此可将沉沙池同坝体相结合,以满足空间布置要求,而在此条件下对沉沙池的沉冲沙效果提出了更高的要求。通过模型试验发现了某水电站坝身式沉沙和冲沙系统设计中的水力学问题,提出了裁弯取直、加分流墩、增加整流池以及改变冲沙方式等措施,在此基础上,对沉沙和冲沙两种工况下沉沙池内的水流流态、断面流速分布等水力特性进行了模型试验和数值计算研究。结果表明,沉沙池优化后,沉沙和冲沙效果均能够满足设计要求;优化后的沉沙池在沉沙工况时其内水流流速较小、分布更加均匀,便于泥沙沉降,冲沙工况下水流能够集中在冲沙底孔进入沉沙池,水流流速较大,可以顺利将泥沙冲出沉沙池。     

调流墙对微灌用沉沙池水流流态的影响分析研究

微灌沉沙池是为了直接利用地表水资源作为微灌系统灌溉水源而提出的一种新型泥沙处理技术。泥沙在沉沙池中沉降效果的好坏,与池内水流流场分布直接有关。为使沉沙池内水流流场分布更利于泥沙的沉降,对传统沉沙池进行了改进,在沉沙池工作段首部加设调流墙来对入池水流进行调节,对其调节机理进行了分析研究,并通过室内模型试验验证其调节效果。对试验结果进行分析,表明经过调流墙调节后的水流流场分布更利于泥沙在沉沙池内的沉降,可为工程设计提供参考。     

基于CFD仿真的异型薄壁堰水力特性与改造路径研究

21世纪以来，截流系统在我国城市河湖水质污染控制中得到了广泛应用；受城市土地资源紧缺的影响，异形结构的溢流装置亦大量存在。一方面，溢流装置的出流效率及其对雨水排放的影响并没有得到足够的重视；另一方面，城市水文监测设施的匮乏，也给这些影响的量化带来了技术障碍。以南昌市青山湖溢流装置为例，同时构建了异型结构薄壁堰的物理模型与数值模型，分析了溢流堰的流态与过流效率，并针对存在的问题提出可行的改造方案。主要结果：(1)原装置出流效率差，溢流堰在自由出流方式下的总体过流能力弱，流量系数为0.301，较相同工况下的标准薄壁堰的流量系数0.418低28%；过渡段内，“漩涡”、脱壁、顶部“空气腔”等现象都比较严重，流态问题突出。(2)改造方案中，“闸代堰”的甲、乙方案过流能力得到提升，设计工况下的流量较原方案分别提升了24%、19%，且出流效率大幅提高，单宽流量提升了719%、683%；“闸堰结合”方案在改善过流能力的同时还保留了堰流控制管理的便利性。同时采用物理模型和CFD数值模拟的方法，既能解决城市溢流堰的数值模型率定与验证困难，又可在数值仿真实验中完成溢流堰的问题诊断与改造方案的比选，为城市排水...     

L型侧槽溢洪道进口段水力特性试验及三维数值模拟研究

侧槽溢洪道被广泛运行于水利工程,但由于受场地、投资等限制,部分工程采用正堰与侧堰相结合的L型布置,导致槽内水流结构更加复杂。以景宁某工程溢洪道为例,采用Flow3D三维仿真软件模拟了L型侧槽溢洪道进口段的水流结构,并结合水工模型试验,对槽内的水流流态、流速分布、水面线、压强和消能率等水力特性参数进行了对比分析。结果显示L型溢洪道侧槽内正、侧堰两股水流相互作用后,可有效提高过流能力,降低侧槽内水位,增加消能率;其次,数值模拟计算结果与水工模型试验基本吻合,进一步表明三维数值模拟在研究复杂水流结构时的可行性,成果可为类似工程的研究提供参考。     

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。     

水电站沉沙池沉沙工况水力特性研究

结合国外某水电站工程,通过物理模型对水电站引水沉沙池的水力学特性进行试验研究,通过试验资料深入分析了沉沙池内水流的流态特征,流速分布等水力特性,并通过在沉沙池工作段首部加设整流栅,对入池水流进行调节,使沉沙池内水流流场分布均匀,使调节后的流场分布更利于泥沙的沉降,研究成果为工程设计提供了重要的技术支撑。     

大流量漏斗沉沙池体型优化研究

为处理好大流量漏斗式沉沙池的沉沙与排沙问题,研究较合适的沉沙及排沙体型,以大盈江漏斗沉沙池为例,研究了沉沙池整体流场,通过整流墩使工作段达到"静水"沉沙的流态.沉沙及冲沙的实验表明:有害粒组的沉降保证率大于80%.排沙孔口进一步优化后,排沙量与沉沙量达到平衡时,池内淤沙不影响沉沙池正常运行.漏斗式沉沙配合8条廊道冲沙的体型满足大流量沉沙池的要求.研发了一个基本解决大流量沉沙池的沉沙排沙问题的体型,为后续的体型研发工作提供了一条思路.     

异向流斜管沉淀池水力特性研究

异向流斜管沉淀池在现有的文献上没有类似的可供计算水头损失的公式和系数,在设计时取值困难。以计算流体力学软件FLUENT为平台,采用标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,采用速度进口与自由出流边界条件以及按无应力边界条件处理的自由水面对异向流斜管沉淀池中的水流运动进行数值模拟计算,对水流流态、断面流速分布与压强分布等水力特性进行了研究。基于数值模拟计算得到了沉淀池的水头损失,与实际工程测量结果吻合较好,找到了一种沉淀池水头损失的计算方法。     

竖向进水管布置对泵站进水流态的影响模拟

基于定常不可压缩强曲率流体的RNG k-ε紊流数值模型,通过建立以水力损失最小和基于质量加权流速均匀度最大为优化目标的评价函数,设定适当的边界条件,利用三维非结构化六面体网格单元进行网格划分,采用有限体积法对控制方程进行离散,应用CFD软件Fluent对泵站进水池和水泵进水管内部流场进行数值模拟计算.为了模拟水泵竖向进水管布置的控制参数对泵站前池和水泵进水管口流态的影响,参照现行的泵站设计规范,分别模拟了管道内径为D的竖向进水管在不同后壁距和不同悬空高度时的进水流态,并绘制了水泵进水管口流速均匀度和水力损失关系曲线.研究表明,对于安装有卧式离心泵的大型提水泵站,合理的进水管后壁距与悬空高度可以保证良好的进水流态,促使水泵进口流速分布均匀,有效地防止前池内的泥沙淤积,并能确保水泵高效稳定运行.根据模拟计算结果,提出了设计时可供参考的进水管后壁距取值范围为（0.4～0.8）D,悬空高度的取值范围为（0.6～0.8）D.     

WES堰下泄水流噪声试验数值模拟分析

原先的试验以物理模型为基础,布置模型的测点,利用EZ-Analyst噪声与振动分析软件和数据统计软件,得出一定结论,但是试验存在一定的局限性。本研究将计算流体力学与计算声学相联系,对WES堰的消力池水噪声场进行模拟。借助已完成的物理模型成果,选取3种已完成的WES堰物理模型试验的工况进行数值模拟,通过建立模型,设置CFD边界条件,得到了WES堰模型的水位流态、流速、噪声值的模拟结果。计算结果与物理模型试验结果基本吻合。     

厢式沉沙池进口优化试验及流场三维数值模拟

通过对沉沙池原设计方案模型试验发现,原设计方案沉沙池存在着三池厢流量分配不均,进口流速及水面波动较大等缺陷.通过模型试验发现,在整流前池中设置整流横梁等措施后,沉沙池中水流流态得到了较大改善,三池厢出口流量分配及流速分布趋于均匀.在此基础上,采用数学模型对沉沙池中流态进行了三维数值模拟,得到了沉沙池中完整的流场信息,结果表明,计算结果与试验观测资料吻合良好,弥补了试验观测资料不足的缺陷.     

小湾水电站泄洪洞洞身数值模拟

小湾水电站泄洪洞水头高、泄量大、水力条件复杂,模型试验有缩尺效应等局限性.利用Flow 3D独特的FAVOR网格技术,采用RNG k-ε紊流模型,对小湾水电站泄洪洞9种不同工况展开三维数值模拟研究,获得了泄流能力、流态、水面线、流速、动水压力等水力学要素,并将部分数据与模型试验、原型观测结果对比.研究结果表明,小湾泄洪洞数值模拟计算的泄流能力稍大于模型试验值;有压段均无气囊等不利流态,无压段水流流态平顺,无水流或水翅冲击洞顶,掺气坎后均能形成稳定空腔,且计算结果与模型试验及原型观测基本吻合;沿程水面线与流速分布符合急流变化特征,并与模型试验结果一致;泄洪洞进口、转弯段、渥奇曲线及反弧段压力分布规律与模型试验结果基本一致;数值模拟的各项水力学指标均具有一定精确度,且比模型试验、原型观测所得结果更为系统化,克服了模型试验中个别区域不便测量的缺点.     

斜管沉沙池在乌市石墩子山水厂取水枢纽工程中的应用

在乌鲁木齐市石墩子山水厂取水枢纽工程中,由于洪水期或乌拉泊水库冲沙时,水中含沙量较大,且泥沙粒径较小,若采用自然沉沙,要求工程中沉沙池的长度较长,由于受场址地形条件限制,沉沙池达不到设计长度,且水厂要求取水枢纽处出池水中的泥沙含量小于2 000 mg/L,经过方案技术、经济、工程运行管理等方面的比较,采用斜管沉沙池方案进行工程设计。主要就斜管沉沙池的工作原理、优缺点、适用条件、工程设计及注意事项和建成后的沉沙效率进行了叙述和论证。自2001年8月建成至今,斜管沉沙池运行状况良好,功能发挥正常,管理方便,达到了预期的设计效果,在各种规模的水厂以及老沉淀池的改扩建和挖潜设计中都可以采用。     

斜管沉沙池在乌市石墩子山水厂取

乌鲁木齐市石墩子山水厂取水枢纽工程中,由于洪水期或乌拉泊水库冲沙时,水中含沙量较大,且泥沙粒径较小,若采用自然沉沙,要求工程中沉沙池的长度较长,由于受场址地形条件限制,沉沙池达不到设计长度,且水厂要求取水枢纽处出池水中的泥沙含量小于2000mg/L,经过方案技术、经济、工程运行管理等方面的比较,采用斜管沉沙池方案进行工程设计。就斜管沉沙池的工作原理、优缺点、适用条件、工程设计及注意事项和建成后的沉沙效率进行了叙述和论证。自2001年8月建成至今,结果表明：斜管沉沙池运行状况良好,功能发挥正常,管理方便,达到了预期的设计效果,在各种规模的水厂以及老沉淀池的改扩建和挖潜设计中都可以采用。     

保水堰局部体型优化的数值模拟

保水堰作为南水北调中线工程天津干线的新型衔接性建筑物,其水力特性关系到整个输水工程的成败,但就原体型来看,保水堰在不同水位运行时呈现出的三种流态都存在不良流态。本文通过数值模拟的方法对保水堰局部体型进行了初步优化,使其体型更加符合水流运行条件,使保水堰的流态、管道流速分布都达到了一个比较协调的状态,并且增大了局部水头损失,对消能更有利。数值模拟的计算结果与模型试验基本吻合,体型优化结果可为实际工程的设计和运行提供参考。     

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。