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。     

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水沙分离影响因素优化试验研究

将梭锥管混浊流体分离装置(简称梭锥管)用于混水泥沙分离.采用均匀正交试验考察了锥圈间距、进流量、倾角以及底孔孔径对梭锥管的耗水率和表面负荷率的影响.通过PPR和极差分析得出:影响耗水率的各因素主次排列为底孔孔径、进流量、锥管偏角和锥圈间距;而影响表面负荷率的各因数主次排列为底孔孔径、进流量、锥圈间距和锥管倾角.考虑试验因素对耗水率和表面负荷率影响程度的影响及它们在分离中所起作用的大小,优化了装置参数,水平优化表明:当锥圈间距2 cm,进流量14.5 cm3/s,倾角60°和底孔孔径2mm时,耗水率最小,表面负荷率最大.     

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.     

梭锥管浑浊流体分离装置排泥方式优化试验研究

针对同一梭锥管浑浊流体分离装置分别采用孔口出流排泥和管道排泥两种不同的排泥方式,同时考虑梭锥管倾角不同对排泥耗水率、排泥水的浓缩率和＂清水＂的出水量及其含沙浓度的影响进行泥沙水动态沉降试验研究。试验结果表明：梭椎管的排泥耗水率、浓缩率和＂清水＂的出水量与排泥方式密切相关。梭锥管采用管道排泥浓度远高于孔口排泥浓度,排泥水浓缩率可达5倍以上,耗水率仅为10%左右,仅为孔口排泥耗水率的20%。梭椎管倾角对耗水率与浓缩率影响较小,倾角为60°时,耗水率最小,浓缩率最大。要保证较小耗水率和较大溢流量排泥方式是关键因素。     

不同鳃片间距下的分离鳃内部流场三维数值模拟

为研究鳃片间距对分离鳃的速度场及泥沙分布特性的影响,采用Fluent软件中的层流模型和欧拉模型,运用Phase Coupled SIMPLE(PC-SIMPLE)算法,对不同鳃片间距下分离鳃的水沙两相流流场进行了静水沉降的三维数值模拟。根据数值计算结果,对速度场和含沙量分布特性进行了对比与分析。结果表明:不同鳃片间距下,分离鳃内部的速度场分布规律有所不同,鳃片间距越大,速度流场受到来自泥沙通道中的泥沙流与清水通道中的清水流影响就越大;鳃片间距越小,分离鳃的沉淀效果越好。以泥沙平均速度和清水平均速度作为考核指标,同时考虑分离鳃内部的流场特性、水沙分离效果与制作分离鳃的成本,则最佳鳃片间距为5 cm。     

动水中浑液面升降规律试验研究

本试验在同一“装置”结构中,不同进流含沙浓度下,通过改变进流流量的大小,对“装置”中的浑液面升、降进行调控。根据“装置”内泥沙浓度分布的不同,将其分为四个区：清水区、低于进流含沙浓度的非拥挤沉降区、拥挤沉降区、压缩沉降区;并且分析了浑液面的升降与进流流量之间的关系,得出浑液面的升降规律。根据浑液面升降过程的调控,可求出“装置”在某一进流含沙浓度下的清水出水量,其研究结果可以为弄清“装置”水沙分离的物理机理提供理论依据。     

渠底螺旋流形成及其流速结构的分析研究

渠底涡管螺旋流排沙是利用涡管内产生的螺旋流排除渠道中来沙的一种泥沙处理技术.渠底涡管排沙的机理是水沙的惯性作用和边界条件相结合的产物.在涡管内水流沿管方向运动,同时受到渠道水流纵向流速的影响,在涡管内形成既有纵向流速又有横向流速的水流运动,从而形成螺旋流.为对渠底螺旋流形成及流速结构有一个比较深入的认识,首先分析了影响渠底螺旋流形成的关键因素,并通过已有的试验资料对渠底涡管内螺旋流横向流速分布进行分析计算,然后讨论了不同流量不同底坡对流速分布的影响,得出了关于渠底螺旋流的规律性结论.     

渠底螺旋流形成及其泥沙起动机理的分析研究

渠底涡管螺旋流排沙是利用涡管内产生的螺旋流排除渠道中来沙的一种泥沙处理技术。渠底涡管排沙的机理是水沙的惯性作用和边界条件相结合的产物。在涡管内水流沿管方向运动,同时受到渠道水流纵向流速的影响,在涡管内形成既有纵向流速又有横向流速的水流运动,从而形成螺旋流。为对渠底螺旋流形成及流速结构有一个比较深入的认识,本文首先分析了影响渠底螺旋流形成的关键因素,并通过已有的试验资料对渠底涡管内螺旋流横向流速分布进行分析计算,然后讨论了不同流量不同底坡对流速分布的影响,得出了关于渠底螺旋流的规律性结论。     

锤片式饲料粉碎机物料流道内的流场仿真分析

为解决新型锤片式粉碎机分离效率低、能耗高等问题,采用SolidWorks对其粉碎室、分离装置及回料管进行三维建模,并使用Fluent进行流场分析计算,最后使用MATLAB对粉碎机的出料量与回料管的负压值进行分析研究。结果表明:新型锤片式粉碎机的出料量与粉碎室的负压有关。粉碎室的负压分布集中在转轴和出料口下方110 mm处,并随径向方向逐渐降低,当回料管负压值为-100 Pa时,回料管内几乎没有回料;当回料管负压值升高时,回料管内物料浓度增加,分离装置出料口浓度降低甚至为0。通过MATLAB软件绘制分离装置出料量和回料管出口负压的拟合曲线并得到函数关系式并求得当回料管负压值为-595.5 Pa时分离装置出料量最大为11.3 kg/s,粉碎机的分离效率及能耗和流道内的流场有关。     

回料管负压对锤片式粉碎机分离效率的影响分析

针对新型锤片式粉碎机的粉碎效率很高但分离效率与粉碎效率相比偏低的问题,利用计算流体力学软件FLUENT对新型锤片式粉碎机分离装置内部气固两相流动进行了三维数值模拟,得出了在回料管不同负压情况下分离装置内物料浓度分布状况。计算结果分析表明,回料管内负压是影响粉碎机分离效率的关键因素之一。同时,找出了负压大小与分离效率之间的关系,为新型锤片式粉碎机回料管的优化设计提供了理论依据。     

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。     

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。     

长短叶片混流式水轮机全流道内部流场数值模拟研究

为研究某电站长短叶片混流式水轮机内部流动特性,利用仿真模拟软件CFX,基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,在典型小流量工况下,对水轮机蜗壳进口到尾水管出口的全流道内部流场进行三维湍流计算,得到水轮机各过流部件的流动情况。计算结果表明,蜗壳内静压分布沿向心方向均匀降低,速度矢量均匀增大。导叶间速度和压力在圆周方向对称性良好,进出口无明显漩涡。长短叶片表面压力分布合理,工作面无明显回流及二次流。尾水管内流线顺畅,呈中心对称分布,速度沿向心方向均匀减小。各流线回旋形成较为对称的涡带,且涡带中心无偏移,管内无明显回流。研究结果对该水电站水轮机日后运行维护具有重要的指导意义。     

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。     

割前摘脱稻麦联合收获机分离清选装置物料运动模拟

利用Fluent软件中修正的k—ε湍流方程及拉格朗日法的离散相模型对4ZTL—1800型割前摘脱稻麦联合收获机分离清选装置内物料运动进行了数值计算,得到了物料在分离清选装置内的运动轨迹,沉降、分离、清选等运动规律,并通过数值计算得到物料质量流量、分离装置入口气流速度和分离清选装置收集物料的清洁率的关系。     

“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。     

锥篮式离心机沿轴线方向分离性能变化规律的试验研究

提出了表征锥篮式离心机沿轴向方向分离性能的指标。其物理概念明确,测试方法简便。试验表明,沿锥篮轴线方向,分离性能是不等的。50％ 以上的水分由仅占锥面面积 1/5的中部脱出。固形物损失量自锥面下部往上逐渐降低。指出提高试验所用锥篮分离性能的主要措施是:(a)在锥篮下部,抑制料液的切向滞后滑动,并迅速形成滤饼层;(b)在锥篮上部,降低料液沿母线滑动速度,延长通过上部的时间。     

不同年份水沙系列下水库泥沙淤积变化分析

泥沙淤积会引起库区水位抬高,侵占调节库容,造成库容损失,降低水库的调节能力。针对云南省大多数山区河道中泥沙量受季节影响强、泥沙粒径变化幅度大、河流走向弯道多、恒定一维均匀流数学模型不能真实反映水库泥沙淤积的情况。因此,本研究采用武汉水利电力大学研制开发的susbed-2一维恒定非均匀流输沙模型计算不同年份水沙系列下水库泥沙淤积变化。结果表明,水库泥沙淤积的总体形态基本服从带状淤积规律,泥沙淤积最为剧烈的区域为坝前,泥沙淤积发展速度较快的时段主要是第1年,此后水库泥沙淤积速度逐渐变慢。1998年水沙系列下水库泥沙累计淤积量较大,1992—2001年水沙系列下水库泥沙累计淤积量较小,泥沙累计淤积量总体呈增加趋势。与1992—2001年相比,1998年水沙系列由于入库沙量不同,淤积量也有所不同,历时2～3 a后,不同水沙系列下的排沙比均稳定在90%以上,变化范围在90%～102%,水库基本达到平衡。     

长短叶片混流式水轮机内部流动数值预测

为研究长短叶片混流式水轮机的内部流动特性,基于CFX软件平台,运用N-S方程和SST湍流模型,对HLA542-LJ-130长短叶片水轮机全流道典型小流量工况进行三维湍流计算,得到了水轮机各过流部件内流场的流动信息.计算结果表明,从固定导叶到活动导叶出口,速度矢量随压力降低而均匀增大,而且压力和速度分布在圆周方向的周向性较好,从叶片进水边到出水边,长短叶片压力变化为均匀减小,压力分布比较合理,叶片工作面表面没有明显的回流和二次流,流线分布较为流畅,尾水管进口压力、速度分布基本对称,压力沿径向分布比较均匀,尾水管肘管之前有与转轮旋转方向相同的涡带,涡带在尾水管中发展至尾端,但没有明显的偏心,在扩散段内逐渐减弱.研究结果对高水头水电站的水轮机选择和设计具有重要的指导意义.