不同泥沙粒径下的分离鳃内部流场三维数值模拟

为研究泥沙粒径对分离鳃的速度场及水沙分离效果的影响,采用层流模型和欧拉模型,运用PC-SIMPLE算法,对分离鳃内的水沙两相流流场进行了三维数值模拟。计算结果表明:当泥沙粒径d=0.0001mm时,分离鳃内的流场与其他泥沙粒径时有所不同;当0.005mm≤d≤0.035mm时,分离鳃内不同粒径泥沙水流的流场相同;当0.015 mm≤d≤0.035 mm时,分离鳃处理泥沙效果最好,且泥沙粒径越大,去除率越高,水沙分离速度就越快。     

分离鳃最优鳃片间距的静水沉降试验

为了研究分离鳃的鳃片间距对水沙分离效果的影响,在分离鳃和普通管中进行了4组不同含沙量、7种不同鳃片间距的静水沉降试验,运用浅层沉淀理论对不同鳃片间距的分离鳃水沙分离性能进行了分析。试验结果表明:分离鳃的水沙分离效果好于普通管的,不同鳃片间距的分离鳃泥沙平均沉降速度为普通管的1.40～3.25倍;分离鳃的鳃片间距越小,分离鳃的泥沙沉降速度就越大,反之亦然;5～15cm的鳃片间距对清水层厚度和泥沙沉降速度影响最大,同时考虑制作分离鳃的经济性和工艺难易程度,鳃片间距宜为10cm。     

两相流分离鳃泥沙运动轨迹及加速滑移的力学分析

利用高速摄像技术捕捉分离鳃中泥沙运动的图像,对两相流分离鳃内部水沙运动进行测试,描绘了分离鳃流场概化图像,证明分离鳃内有异重流现象发生。通过对分离鳃鳃片上的泥沙进行力学分析,推导出泥沙在鳃片上的运动轨迹,研究了泥沙的沉降特性,并给出泥沙沉降条件与结构设计参数β之间的关系,从力学分析的角度论证了前期物理试验中得出的结构优化参数的合理性。     

分离鳃鳃片倾角对水沙分离影响的试验研究

通过改变垂向异重流式水沙分离鳃中鳃片的两个角度,对不同含沙量水流进行了泥沙沉降试验,并对泥沙在不同鳃片角度时的沉降现象进行了比较分析,初步优选出了最有利于泥沙沉降的鳃片角度组合类型,即鳃片与分离鳃宽度方向的夹角为60°,鳃片与分离鳃长度方向的夹角为45°.     

有进出流时单鳃片分离鳃的水沙流场三维数值模拟

利用RNG k-ε两方程紊流模型和简化的多相流Mixture模型,模拟了有进出流时单鳃片分离鳃装置的水沙两相流流场。经分析表明:进出流的设置未破坏分离鳃装置中存在的垂向和横向两种异重流,不影响水沙分离效率,但泥沙大量淤积在分离鳃底部,未能及时有效地排出。     

两相流水沙分离鳃机理研究

使用粒子图像测速(Particle image velocimetry,简称PIV)技术,对新型环保的水沙分离装置"垂向异重流式水沙分离鳃"进行了高精度测量。通过处理,得到了"分离鳃"内部泥沙在水沙分离过程中的流速矢量分布图及流速云图。分析表明,由于鳃片的存在,"分离鳃"内部形成了垂向异重流和横向环流现象,大大加速了泥沙的下沉,进一步探明了"分离鳃"的水沙分离机理。     

敞开式分离鳃沉淀池试验

为比较分离鳃在沉淀池中不同布置形式下的水沙分离效果,对敞开式分离鳃沉淀池进行了静水与动水的沉降试验。试验结果表明:分离鳃均匀悬挂在沉淀池中的布置形式,水沙分离效果要好于靠近溢流口布置和远离溢流口布置两种形式。敞开式均匀布置分离鳃沉淀池在静水沉降时出水浊度随时间变化包含浊度迅速减小与浊度缓慢减小两个阶段;在动水沉降时,水力负荷对浊度变化有很大的影响,水力负荷愈小,该沉淀池的出水浊度值愈小,而当水力负荷达到一定值时,则与普通沉淀池处理高浊度浑水的效果一样,故可以通过控制水力负荷,得到不同的出水浊度,实际应用中选择一个合适的水力负荷是确保出水质量的一个重要条件。     

垂向异重流式水沙分离鳃水沙分离机理浅析

对新形净水装置——垂向异重流式水沙分离鳃的水沙分离机理进行初步研究。在已有的利用加单排鳃片分离鳃对含沙质量浓度为60 kg/m3的浑水进行研究的基础上,对无鳃片普通模型、加单排鳃片模型和加双排鳃片模型在泥沙质量分数为8%~20%的范围内进行了不同含沙浓度浑水中泥沙沉降速度的对比试验,得出3种不同装置中泥沙沉降速度的基本规律。分别从泥沙絮凝的角度和异重流的角度阐述了垂向异重流式水沙分离鳃这一装置可以快速进行水沙分离的机理,并简单论述了垂向异重流的概念。     

垂向异重流式分离鳃在静水中的集成试验

通过垂向异重流式分离鳃在静水中的集成试验,分析了分离鳃数量、泥沙质量浓度与泥沙沉速的关系.试验表明:在相同质量浓度下,分离鳃集成数量越多,泥沙沉速越快;浑水的含沙质量浓度对泥沙的沉速也有影响,即泥沙质量浓度越大,泥沙沉速越慢.分离鳃集成用于水沙分离可以大大缩短泥沙沉降时间,并且具有节能环保,结构简单,造价低廉等特点.     

垂向异重流式分离鳃适用泥沙的试验研究

采用经过筛分、级配不良的非黏性沙和未经筛分的非黏性沙在“垂向异重流式分离鳃”和普通容器中进行沉降对比试验。将沙与蒸馏水混合而成含沙浓度约为60 kg/m3的浑水,分别注入“垂向异重流式分离鳃”和普通容器中。研究不同粒径的沙在两种装置中的沉降过程,观察并记录沙在不同装置中沉降所用时间以及淤积状况。通过研究认识到,“垂向异重流式分离鳃”对非黏性沙进行水沙分离时,与普通容器相比并没有明显的优势,反而因为制作工艺复杂而有某些劣势。因此对“垂向异重流式分离鳃”的研究重点应针对黏性泥沙。     

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。     

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。     

支流河口水沙运动的二维数学模型研究——以长江上游的嘉陵江河口为例

本文建立了一个支流河口水沙运动的二维数学模型．采用贴体正交曲线坐标克服了干支流汇合处河道边界形状复杂的困难，给出了正交曲线坐标系下二维全沙模型的基本方程及数值计算方法．以长江上游的嘉陵江河口为例，分析了支流河口河段水沙特性及浅滩成因，模拟了汇合口河段流场及泥沙冲淤分布，计算值与实例值吻合良好．为支流河口浅滩演变及整治研究提供了一种新的模拟方法．     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

基于叶素理论及 CFD 的中扬程风力提水机的 低实度高效风轮设计

为了降低风力提水机的起动风速,解决传统风力提水机多叶片大实度、风能利用系数低的缺点,采用叶素理论对风力提水机叶片的气动外形进行设计,引入了修正因子,并根据工程实际优化了叶片的弦长以及安装角;采用CFD方法对风轮进行数值模拟,通过分析证明所设计的风力提水机能在2.5m/s的微风下起动,在额定工况下风能利用系数高达0.46,叶片具有很好的三维流动特性,气流流动稳定无脱流,具有中扬程、低实度、低风速起动进行提水作业的优点,扩大了风能的利用范围。     

引水明渠二维水流数学模型的建立及应用

准确计算引水明渠内的水力学特征对于设计渠道断面型式及控制渠道泥沙淤积等具有重要意义。通过建立平面二维水流数学模型,对某引水渠道及其上游干流、下游库区区域的水流进行了数值模拟研究,分析了计算区域内的流态、流速分布和水位变化等水力参数。在此基础上对引水明渠渠底高程进行优化,对比了不同高程下渠道的水位和水流特征,成果可为明渠的优化设计及其防淤方案的制定提供科学依据。     

底部均匀加热的倾斜腔体中的对流特性

利用二维流体力学基本方程的数值模拟,探讨了普朗特数Pr=6.99时矩形腔体在一定倾斜角度下均匀加热后的对流特性,讨论了不同的控制参数对对流斑图及流速分布的影响。主要计算两种情况:控制相对瑞利数,改变腔体倾斜角度;控制腔体倾斜角度,改变相对瑞利数。结果表明:给定倾斜角度且角度较小时,随着相对瑞利数的增大,滚动圈个数逐渐增多,流速绝对值增大;给定相对瑞利数,随着倾斜角度的增大,滚动圈个数逐渐减少,流速绝对值减小。     

THE VELOCITY FIELD OF MULTIPHASE FLOW AND EFFICIENCY OF BIOLOGICAL AERATION FILTER

Aeration is an important factor affecting the biological aeration filter. With a set of experiment device specially designed for the purpose, and the particle image velocimetry technique, the velocity field of the gas-liquid two-phase flow is studied under different conditions. The various simulated aeration states were actually applied to the experimental device of sewage treatment, and the results of the numerical simulation were verified. The final experimental results indicate that the most efficient state occurs when the ratio of water in aeration tank h/w=1, the diameter of capillary tubes d=0.6mm and the velocity of bubbles v=0.3m/s.     

FST2DH模型在水流计算中的应用实例

河道水流模拟和河床冲淤计算是河流模拟中经常遇到的问题。FST2DH模型是比较适用于水动力和泥沙计算的二维模型，对局部水工构筑物附近水流和泥沙运动的模拟更具优势，河流桥墩附近的水流模拟实例也说明该模型是方便和有效的。