不同悬板孔口面积占比条件下的排沙漏斗数值模拟研究

发布时间：2021-07-02 08:20

　　针对尼泊尔上马相迪水电站排沙漏斗极易形成泥沙落淤悬板的问题,提出在排沙漏斗悬板上布设圆形孔洞的解决方案,并选用大涡模拟模型,采用流体体积分数法与离散相轨道颗粒模型相结合的方法,对排沙漏斗悬板有效传质区开孔率Φ为0、1.423%、2.049%、3.192%、4.610%的排沙漏斗分别进行水气沙三相数值模拟。结果表明,在悬板两端布设圆形孔洞可有效减少悬板上的泥沙淤积量,当悬板有效传质区开孔率为3.192%时,排沙漏斗典型断面含沙量与合速度值具有良好的分布规律,从而形成稳定的空气涡,提高泥沙排除效率。研究结果对于指导同类工程进行悬板沙害处理提供了参考依据。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(08)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

排沙漏斗模型

采用Workbench前处理工具Mesh软件，对目标模型的流体计算区域进行网格划分（图2）。选用曲率高级尺寸函数Curvature进行网格控制，设置曲率法向角度参数，细化计算域中圆柱体的边和曲面处的网格大小；通过插入Face Meshing及Size细化入口面尺寸，借以控制入口面离散相颗粒喷射的数量。计算域主要由非结构化网格构成，在溢流悬板及漏斗室中心附近进行相应的加密处理。为保证模拟结果的精度并减少仿真运算时间，计算域通过网格敏感性测验后，确定最小网格面积为6.3×10-9 m2。3.3 边界条件

图3为排沙漏斗原型工程在y=0断面的含沙量分布云图。由图3可看出，开孔率为0，即悬板未进行打孔设计时的原始模型，悬板的两端与中间溢流区的含沙浓度存在明显差异；在悬板中间溢流区，含沙量较小且分布均匀，含沙浓度最大为0.8g/cm3，除小区域内有分布均匀且浓度较低的泥沙外，其他中间溢流区含沙浓度均为零；就悬板的两端而言，对比中间溢流区，含沙浓度明显较大，最大为4g/cm3，含沙量分布较不均匀，悬板内侧含沙量略大于悬板外侧。纵观整个悬板区域，泥沙颗粒表现为明显的“两端大，中间小”的分布规律，即“两端”呈现较高浓度的零散式分布，“中间”呈现较低浓度的均匀式分布，且“两端”与“中间”存在较大数量级的差异，最大含沙量出现在悬板下端区间。针对图3呈现的悬板上泥沙颗粒分布规律，考虑到尼泊尔上马相迪水电站排沙漏斗悬板是由钢筋混凝土制成的，便于布设圆形孔洞的特点，对悬板上下两端进行打圆形孔洞的设计。研究共设置4种不同圆孔直径方案，在原型实际工程中对应的孔径分别为10、12、15、18cm，从而对应4种不同的悬板开孔率。排沙漏斗悬板孔口布置见图4，其中悬板下端开孔区共打圆形孔洞138个，上端开孔区共计114个。

【参考文献】：
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本文编号：3260108