梭锥管内锥圈水沙分离机理及锥圈设计参数

从梭锥管内特有的泥沙沉降特性出发,根据泥沙运动力学和沉淀理论,重点分析梭锥管内锥圈对泥沙沉降特性的影响。以絮团为研究对象,通过力学分析和数值分析给出了满足泥沙不淤积且以较大速度沿锥圈内表面下滑的锥圈倾角范围,并根据沉淀理论推导出锥圈的最佳倾角为45°。理论推导出锥圈长度和锥圈间距,研究这两个参数对泥沙沉降速度的影响,结果表明在相同的水沙条件下,梭锥管可使更多泥沙发生沉降,其沉降能力大于没有加锥圈的普通容器。泥沙沉降速度与锥圈长度和锥圈间距的比值有关,比值越大,泥沙沉降速度越大,设计时建议选择较大的比值。     

梭锥管内水沙两相流流场及含沙量分布研究

为了探明梭锥管快速分离水沙两相流的机理,分别对梭锥管和普通装置进行了静水和动水沉降试验,获得了不同采样点的含沙量随时间的变化规律.结果表明:与普通装置相比,梭锥管内完成泥沙沉降所需的时间约为普通装置的67％;梭锥管内沉降面积相等的各采样点含沙量均随沉降时间的增加而迅速减小,且在相同时段各采样点的含沙量基本相等,与采样点的位置无关;梭锥管内布置锥圈后,缩短了泥沙的垂直沉降距离和沉降时间,并且沉降到锥圈上的泥沙能快速汇集到浑水通道,达到了快速分离水沙的目的.     

梭锥管混浊流体分离装置流场PIV 测试及分析

利用粒子图像测速技术,测试了两种工况下梭锥管混浊流体分离装置（简称梭锥管）内的水沙两相流的速度场,给出了梭锥管内泥沙运动的流速矢量分布及流速大小云图。对测试结果的分析表明,实测结果与理论分析结果一致。含沙水流进入梭锥管后,其内设置的多层锥圈把泥沙沉降区域分割成若干个沉降距离较短且相互独立的沉降空间,缩短了泥沙的自由沉降距离。相邻锥圈组成的水沙分离空间内,形成了沿锥圈上表面向下运动的泥沙流和沿锥圈下表面向上运动的清水流,使分离后的泥沙流和清水流沿各自独立路径流动,泥沙流流入排沙装置中心的排沙通道,而清水流流入装置边壁处的清水流通道,相互之间无混掺和干扰,加快了水沙分离速度。     

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°.     

导片锥角和片数对悬锥装置水沙分离效率的影响研究

通过物理模型试验,将泥沙沉降过程中浑水含沙浓度作为量测指标,通过变量控制法就导片锥角和片数对悬锥装置的水沙分离效率影响情况进行了试验研究.研究结果表明:悬锥装置中导片片数的多少是影响该装置水沙分离效率的主要因素,而导片锥角的大小对装置的水沙分离效率影响不大.     

梭锥管混浊流体分离装置水沙两相流数值模拟

为了探明梭锥管内水沙分离的机理,在不同网格划分方案下,该文对梭锥管内的水沙两相流进行了静水沉降的数值模拟,并将计算结果与实测值进行了对比,选出了最优网格划分方案.在最优网格方案下,采用层流方程和简化的多相流Mixture模型,对梭锥管内部流场进行计算.计算结果表明:在锥圈上表面形成了“泥沙”流下沉,下表面“清水”流上升的小循环运动;作为泥沙沉降的重要边界,锥圈改变了泥沙的沉降方向,缩短了沉降距离,提高了水沙的分离效率;装置内存在水沙绕相邻锥圈形成的小循环流动和沿梭锥管边壁的清水流通道及中心的泥沙流通道做大循环的水沙流现象;两侧通道与锥圈上、下表面流速较大,其余区域流速较小.计算结果与试验结果基本一致,表明层流方程和Mixture模型耦合可以较好地模拟梭锥管内水沙两相流.     

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。     

低浓度固液两相流中泥沙对紊动水流结构的影响

引入摄动分析的理论，尝试定量地描述紊动水流和悬移质泥沙之间的相互作用．应用悬移质泥沙浓度垂线分布公式［１］，分析由此产生的附加雷诺应力，得出了被摄动的速度分布，统一了现有挟沙水流速度分布的两种模式，与文献［２］中已经过验证的速度分布规律十分吻合．用这种分析方法得到的结果是对文献［２］中结果的理论解释，它不仅有助于我们理解低浓度固液两相流流动的复杂机理，而且为进一步的分析和研究提供了一个有益的框架和思路．     

低浓度固液两相流中泥沙对紊动水流结构的影响

引入摄动分析的理论，尝试定量地描述紊动水流和悬移质泥沙之间的相互作用。应用悬 移质泥沙浓度垂线分布公式[1]，分析由此产生的附加雷诺应力，得出了被摄动的速度分布，统一 了现有挟沙水流速度分布的两种模式，与文献[2]中已经过验证的速度分布规律十分吻合。用这 种分析方法得到的结果是对文献[2]中结果的理论解释，它不仅有助于我们理解低浓度固液两相 流流动的复杂机理，而且为进一步的分析和研究提供了一个有益的框架和思路。     

水沙两相浑水模型的紊流封闭及初步验证

一些学者采用两相浑水模型模拟挟沙水流运动,但其紊流封闭仍借用经验公式、单相紊流模型或双流体紊流模型,未形成两相浑水理论框架下的紊流模式。本文基于双流体紊流模型推导出固液两相浑水紊动能和紊动耗散的偏微分方程,给出固相偏移紊动能的渐近解,以表示固相紊动能与固液两相浑水紊动能的相对差,继而推导出固相紊动耗散的代数表达式,完成对固液两相浑水模型的紊流封闭。固液两相浑水紊流模型能够考虑相间作用和颗粒碰撞等物理机制,保留了双流体紊流模型能够分别计算固、液相各自紊动信息的特点,又将偏微分方程数量减少一半。采用河流动力学绝对含沙量分布的计算方法,并引入各向紊动强度分配系数进行修正后,利用实验资料对两相浑水紊流模型进行验证,计算结果同实测值符合较好,结果表明本文模型能反映出随着泥沙浓度增加,挟沙水流紊动抑制加剧的现象。     

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。     

不同进流浓度梭锥管水沙两相流场三维数值模拟

为了获得全面详细的梭锥管内部流动特性,本文探讨进流浓度对梭锥管内水沙分离效果的影响,据此来揭示梭锥管水力分离水沙的机理。本文采用重整化RNG(renormalization group)紊流模型与简化的多相流Mixture模型在泥沙浓度为5和15 kg/m3时对梭锥管内水沙两相流场进行了三维的数值模拟计算。并将计算结果与PIV测量结果进行对比,计算结果与PIV测试结果一致。结果表明:在进流量相同时随着进流浓度的增加,在上锥管边壁清水上升通道内速度增加,水流挟沙力增强,随水流溢出的泥沙量增多,并且随着进流浓度的增加梭锥管各个断面泥沙体积浓度及紊动强度值也随之增加,上锥管得到的清水面积也随之减小,不利于梭锥管内水沙分离。     

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。     

体型参数对旋流排沙渠道水沙特性的影响

为明确关键体型参数对渠道和排沙洞内水沙特性的影响,在模型试验研究的基础上开展了旋流排沙渠道的水沙两相流数值模拟。结果表明:起旋室高度对截沙率影响较为显著,最大相差5.41%;排沙洞直径、倾角和起旋室出口宽度对分流比影响显著,最大相差8.13%,增大倾角后改善了原排沙洞封闭端因壁面条件影响而产生的泥沙淤积;起旋室出口宽度对渠道内水沙特性基本无影响;不同体型下旋流排沙渠道均可高效、持续排沙,截沙率均大于90%,经过起旋室后,高含沙水流从排沙洞流出,下游渠道含沙量急剧减小。     

一种锥形管内流场LDV测试方案

利用LDV对锥形管(如水轮机尾水管直锥段、逐扩管路)内流场速度进行测试时,由于锥形管外壁曲率大、内壁有一定倾斜度,以及光束折射现象的发生,会使LDV无法对轴向速度进行测量。针对前述问题,提出了一种锥形管流场测速方案。通过理论推导对锥形管内LDV测试光路进行分析,论证了方案的可行性,并推导出该方案下测点位置与LDV光源位置的线性关系式,以及LDV光源位置变化范围,为同类型锥形管内流场LDV测速提供了一种有效可行的方案。     

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.     

波浪作用下悬移质泥沙运动的两相流数值模型

该文采用基于水沙两相紊流的数值模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究。基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,合理地考虑了相间相对运动的影响。数值计算方法为有限体积法,对流项处理利用了三阶精度的QUICK格式,离散方程组求解采用的是TDMA迭代方法。计算得到的悬移质泥沙垂线时均计算值与不同尺度的水槽实验数据吻合很好,表明数学模型及其计算方法对于低浓度水沙两相问题是合理的。该研究还探讨了悬沙浓度、泥沙沉降速度以及各种相间作用力随时间的分布规律。     

Experimental study of shell side flow-induced vibration of conical spiral tube bundle

Conical spiral tube bundles are widely used in enhancing the heat transfer via the flow-induced vibration in heat exchangers. The shell side flow-induced vibration of the conical spiral tube bundle is ...