圆中环沉沙排沙过滤池沉沙冲沙特性试验研究

介绍一种新型水沙分离装置圆中环沉沙排沙过滤池的初步研究成果。圆中环沉沙排沙过滤池是一种新型的低耗水率、处理泥沙范围广泛的水沙分离装置。通过物理模型试验,模拟了在流量1m3/s,输沙率1.43g/s工况下的运行效果。实验结果表明,装置运行约43小时达到必须泄空排沙的极限状态,冲沙耗水率约为1.9%;冲沙道平均流速为0.51-2.75m/s,池内永久淤积沙质量约占总沉积质量的2%。同时分析了影响冲沙效率的主要因素,为装置的推广应用提供了理论依据和经验。     

中心出水环高对圆中环沉沙排沙池流速分布影响研究

针对新型二级沙水分离设施—圆中环沉沙排沙池,采用模型试验方法测试其清水流速环向分布。研究表明：“圆中环”中心出水环不加高工况整体流速环向呈现不均匀分布,135°～225°范围流速较大。“圆中环”中心出水环加高9cm工况整体流速分布较均匀,但中心出水环过高,造成上游进水渠水位升高并增加工程量及投资。试验证明：“圆中环”中心出水环适当加高可提高沉沙效率,设计过程中,中心出水环加高后顶高程不宜超过溢流堰顶高程。     

干旱区多沙河流引水续灌沉沙排沙池一体化设计试验研究

针对我国塔里木河上游南疆地区灌溉引水含沙量大、严重影响灌区渠系正常供水等问题.通过在一维流超饱和输沙法基础上对连续式沉沙池计算方法进行理论修正和优化,提出了一种干旱区多沙河流引水连续灌溉-沉沙-排沙池一体化改进设计方法.试验研究表明,该方法的计算结果与试验结果相对误差均小于5％;随着连续沉沙池段的增加,其相对误差减少;...     

河水滴灌重力沉沙过滤池的设计与应用推广

新疆是绿州经济、灌溉农业,节水是新疆水利建设永恒的主题,发展农业高效节水、促进转型提升是优化水资源配置的先决条件。河水滴灌重力沉沙过滤池与目前河水滴灌普遍采用的机械加压设施相比,具有占地面积小、投资少,易维护,控制面积大,无耗能、运行成本低等优势,是绿色高效节水技术。     

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。     

竖流式二沉池的数值模拟与分析

为了了解竖流式二沉池最佳工作效果,利用RNG k?ε紊流模型和Mixture模型,对其进行二维瞬态数值模拟,得到了不同运行时刻沉淀池内部的流场和污泥质量浓度分布等情况。研究结果表明：竖流式二沉池运行过程中流场变化较大,其间产生的回流区会导致不同程度的短流现象;运行至2小时后沉淀池内流速分布逐渐均匀,平均沉淀时间接近设计值;随着池内污泥质量浓度的升高,有效沉淀高度会减小,应合理控制排泥间隔时间;研究还发现沉淀池内存在着明显的泥水界面和压缩界面。     

河水滴灌重力沉沙过滤池的设计、施工及运行管理

河水滴灌重力沉沙过滤池具有占地面积小、投资少,易维护,无耗能、运行成本低、系统工作效率高等优势,是绿色高效节水技术。相对新疆巨大的滴灌市场,应用推广前景广阔。为了规范该工程的建设和运行管理,使该技术发挥更大的社会效益和经济效益,本文将设计、施工和运行管理上应注意的问题进行了阐述,对该工程的建设具有指导意义。     

水力絮凝池数值模拟及试验研究

根据絮凝反应对水力条件的要求,采用Fluent软件对水力絮凝池进行了数值模拟,根据模拟结果,对传统的絮凝池进行了改进,设计出了穿孔旋流网格絮凝池。并讨论了竖井断面形状和穿孔形状对絮凝池流场的影响,并对絮凝池进行相应的优化。最后通过连续流的模型试验,对穿孔旋流网格絮凝池进行了试验验证,确定了该模型的最佳停留时间。     

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.     

考虑矿砂淤积的尾矿坝溃坝洪水数值模拟

为模拟尾矿库溃坝稀性泥石流的演进,在渍坝洪水数学模型的基础上,加入非恒定流输沙方程,建立能同时模拟水流和泥沙运动的平面二维溃坝水流泥沙数学模型.最后将该模型应用于云南某尾矿坝溃坝后的洪水演进及矿砂在下游的淤积过程,模型计算结果可为灾后影响评估及预防措施制定提供依据.     

直冲洗鱼雷网式过滤器内流场的数值模拟

将直冲洗鱼雷网式过滤器流场在不同体型工况下进行了三维流场数值模拟,采用RNGk~ε模型模拟过滤器湍流。对不同体型工况下的过滤器断面压强、断面流态数值计算结果进行理论分析,并进出口的水头损失与物理试验结果进行对比分析。结果表明数值计算能够清楚地反映了不同边界条件下过滤器内部流场变化情况及各个参数,并且通过过滤器内部流场计算可以获得过滤器在不同体型工况下任意位置的流场变化。其结果可以为过滤器体型优化设计提供可靠的理论依据和参考。     

基于数值模拟的空气滤清器结构优化设计

采用商用计算流体力学(CFD)软件STAR-CDV3.26求解了直径为400mm纸滤芯的空气滤清器三维流速场以及压力场分布,应用高雷诺数k-ε模型封闭雷诺方程,构成二方程模型。计算过程中,采用了压力修正法中的SIMPLE算法。通过分析提出了空气滤清器外部结构的优化方案,对提高通过滤芯的流体流量,降低外壳承受压力有显著效果。     

微灌用叠片过滤器全流场数值模拟与优化分析

为准确捕捉微灌用叠片过滤器内部不稳定流场的流动规律,基于多孔介质模型,利用计算流体力学(CFD)技术、雷诺时均法和标准k-ε模型,进行了叠片过滤器清水介质下全流场三维数值模拟,并设置了对比试验。结果表明,基于多孔介质模型的计算流体力学方法对叠片过滤器的数值模拟精度较高,该种方法的数值模拟结果与试验结果较吻合,可以准确地预测过滤器水力性能。过滤器进出口管路与滤筒间的夹角α使过滤器产生压力损失,且α在30°左右时过滤器内部流动状态最好,压力损失最小。因此,该型过滤器进出口管路与滤筒间的最佳角度为30°左右。     

基于CFD-DEM耦合的网式过滤器水沙运动数值模拟

过滤器内部的水沙运动复杂且多变,初始状态下沙粒分布的不均导致滤芯产生局部堵塞,改变了水流流态并进一步影响后续沙粒运动和分布。本文以CFD-DEM(Computational fluid dynamics,CFD;Discrete element method,DEM)耦合模拟Y型网式过滤器内部流场变化与沙粒运动及分布,直观地反映了滤芯对水流的流动阻力特性与对沙粒运动分布影响。结果表明,过滤器内部存在明显的回流区、旋涡区及滞流区,导致各过滤面流速不均,出口一侧流速大,进口一侧流速小,两者相差39%;随着时间的变化,过滤器内流场变化明显,沙粒堆积依次出现在出口侧下端面、出口侧上端面、进口侧下端面、进口侧上端面上,最终布满整个滤芯;在滤芯的4个过滤面中,出口侧上端面流速大而沙粒堆积最少,进口侧上端面流速小而沙粒堆积最多,由此可见出口侧上端面具有更好的过滤性能,可适当提高该处过水面积,以提高过滤器过滤效率。     

基于CFD-DEM耦合的迷宫流道水沙运动数值模拟

基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日固液多相湍流模型,针对灌水器迷宫流道内水沙运动进行了CFDDEM耦合数值模拟研究,分析了迷宫流道内流体流场、单个沙粒的轨迹线、速度和沙粒群的运动规律、分布特性等。结果表明:沙粒在流道深度中心面附近分布较多,靠近边壁较少,随着流道深度减小,流道内沙粒的体积浓度成倍上升。流道深度越小,流道深度(Z方向上)水流运动速度越小,随着沙粒Z方向上运动速度增大,沙粒群穿过中心面次数越多,撞击边壁的次数越多,流道深度0.6 mm的撞击边壁次数是1.4 mm的7.01倍,边壁撞击次数的增加使沙粒高频率改变原有运动方向,增加了沙粒之间,沙粒与壁面之间的碰撞,该运动情况降低了沙粒运动速度,减少了动能,不利于沙粒通过迷宫流道,增加了堵塞几率。该方法可分析大量沙粒个体和群体运动,以及群体分布情况,从微观角度了解迷宫流道内沙粒运动,是迷宫流道结构设计的有效手段之一。     

基于CFD-DEM耦合的水力旋流器水沙运动三维数值模拟

针对水力旋流器内流场运动复杂、沙粒运动规律难以掌握的问题,运用基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日液固多相湍流模型,对水力旋流器内的水沙两相三维流动进行了CFD-DEM耦合数值模拟研究,分析了水力旋流器内单个沙粒的轨迹线、速度和沙粒群的运动规律、分布特性等。模拟结果表明,沙粒粒径越小,沙粒向下运行的距离越短,越容易从下降流中进入到上升流中,越难以分离。粒径为40μm的沙粒,在圆柱体与圆锥体交界面处出现沙粒峰值,分离效果易受影响,而50μm和60μm沙粒在圆锥体部分出现峰值,具有较好的分离效果。通过跟踪单个沙粒和沙粒群的运动可知,沙粒在圆柱体内主要作圆周运动,进入到圆锥体部分,沙粒既有圆周运动,又有明显的进入沉沙口的直线运动。分析大量沙粒个体和群体运动以及群体分布情况能从微观角度了解水力旋流器的分离效率,是水力旋流器性能研究的有效手段。     

银湖湾A区围垦规划潮流泥沙数值模拟研究

采用边界拟合坐标系下的潮流基本方程和泥沙连续方程及河床变形方程, 建立二维动边界非恒定潮流泥沙数学模型,并在模型中考虑了波浪对水流挟沙能力的影响。在模型验证的基础上,对银湖湾A区滩涂围垦规划方案进行了潮流泥沙数值模拟研究。研究结果表明,银湖湾A区滩涂规划方案实施后,对黄茅海整体流速、流态、冲淤影响不大。从潮流泥沙角度考虑,该围垦规划是可行的。     

不同工况下Y型网式过滤器流场数值模拟分析

为探究网式过滤器的水力性能,充分了解网式过滤器内部最初流场、滤芯网面流量分布情况,应用计算流体动力学方法对网式过滤器3种入口流速(0.5、1.5、2.5 m/s)以及3种滤网目数(60、80、100目)对过滤器流场进行数值模拟。通过试验对模拟结果的可靠性进行验证,结果表明：过滤器的水头损失集中在出口侧滤芯上,该部分水头损失占总损失的87%;水流在腔体内可分为出口侧加速区、出口侧减速区、堵头回流区和漩涡区4部分;滤网面流量分布严重不均,高流量区域主要分布在出口侧,入口流速由0.5 m/s增至2.5 m/s过程中,网面最大与最小流量均相差3.3倍,滤网目数为60、80、100目时,网面最大与最小流量相差3.3、3.1、2.3倍,且滤网目数增至100目时,最大与最小流量位置向两侧偏移;堵头处死水区压力大、流速低,泥沙易于沉淀,建议扩大堵头容积以承接更多的泥沙;可以考虑增大腔体体积、改变腔体角度、在入口处设置导流片,从而改善流场分布;建议在滤网上增加环状片体,改善网面流量分布,从而提高过滤器的使用寿命以及过滤效率。     

北本水电站下引航道泥沙冲淤数值模拟

针对北本水电站下引航道泥沙淤积问题,采用平面二维泥沙数学模型进行了数值模拟,得到了下引航道特别是口门区5年淤积过程。在此基础上,讨论了航道冲沙闸冲沙流量和冲沙时机,提出了改善航道冲沙闸冲沙效果的措施。建议冲沙时机选择在流量较小的时候, 为减少电能损失,下引航道拉沙可以选择在深夜负荷处在低谷的时候进行。