污水排海扩散器优化模拟与水力特性研究

发布时间：2017-10-19 13:36

  本文关键词：污水排海扩散器优化模拟与水力特性研究

  更多相关文章： 扩散器 数学模型 优化模拟 模型试验 海水入侵

【摘要】：近年来,随着经济的发展和城市化进程的加快,污水排放量也在快速增长。由于陆地水体的环境承受能力有限,污水排放量的猛增正在对城市的水污染问题构成严峻挑战。随着对海洋环境认识的加深,人们发现海洋本身具有很强的自净能力和环境承受能力,因此,污水排海成为目前解决沿海城市水污染问题的有效途径之一。在污水排海工程中,排海管道扩散器是其重要组成部分,其结构设计是否合理对扩散器的排污能力和对海洋环境的影响程度起着至关重要的作用。由于扩散器水力计算过程复杂繁冗,本文结合某污水排海工程,建立扩散器的一维水动力模型,对该扩散器进行优化模拟,并设计水工模型试验,参照试验数据对扩散器的水力特性进行研究。首先,通过查阅相关文献和资料,并参考国内外相关工程的设计经验,对扩散器的基本理论进行研究,了解扩散器的基本形式、基本设计准则以及基本结构参数的计算方法。其次,简单介绍了流动与输运过程所遵循的一般控制方程,并在此基础上建立了一维有压管网非恒定流的数学模型,并详细推导了管网控制方程的求解方法和边界条件处理方法,选取某有压管网算例对其模拟能力进行验证,验证结果表明：模型能够很好的模拟恒定有压管网内的水流流动。然后,结合某污水排海工程建立扩散器的一维数值模型,对扩散器进行优化模拟,确定了扩散器最终喷口直径和扩散管变径方案,并对自由作用下管道的排污能力进行验证,最终结果表明该自由水头足够满足排污工程最大排污量的要求。此外,根据相似理论设计水工模型试验,对扩散器出流特性进行水力分析,研究扩散器的出流规律,并判断扩散器设计的合理性。最后,对扩散器的海水入侵进行了研究,对其海水临界入侵流量和临界冲洗流量进行了计算,并提出一系列防止海水入侵的措施。
【关键词】：扩散器 数学模型 优化模拟 模型试验 海水入侵
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;X55
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 问题的提出10-12
• 1.2 国内外污水排海扩散器发展现状12-14
• 1.2.1 国外发展概况12-13
• 1.2.2 国内发展情况13-14
• 1.3 污水排海扩散器的研究方法14-16
• 1.3.1 经验公式14-16
• 1.3.2 试验研究16
• 1.3.3 数值模拟16
• 1.4 本文的主要工作16-18
• 1.5 本章小结18-19
• 2 扩散器水力设计的基本理论19-26
• 2.1 扩散器的基本形式19-21
• 2.2 扩散器水力设计的基本原则21
• 2.3 扩散器基本结构参数计算21-25
• 2.3.1 扩散器的长度21-23
• 2.3.2 扩散器上升管数量及间距23
• 2.3.3 扩散器上升管直径23-24
• 2.3.4 喷口方位角和喷口射流角度24-25
• 2.3.5 高位井控制水位25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 一维有压管网非恒定流模型26-37
• 3.1 水动力学基础26-27
• 3.2 一维有压管网非恒定流模型的建立27-30
• 3.2.1 连续方程27-29
• 3.2.2 运动方程29-30
• 3.2.3 管网汊点连接方程30
• 3.3 模型的离散30-35
• 3.3.1 数值解法概述30-31
• 3.3.2 管网模型的离散31-34
• 3.3.3 边界条件处理34-35
• 3.4 模型验证35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 扩散器结构优化分析37-47
• 4.1 工程概况37-39
• 4.2 扩散器一维数值模型的建立39-40
• 4.2.1 HydroInfo系统简介39
• 4.2.2 模型建立39-40
• 4.3 扩散器上升管直径优化模拟分析40-43
• 4.4 扩散器主管管径优化模拟分析43-45
• 4.5 自由水头作用下管道排污能力验证45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 5 扩散器水力性能试验研究47-64
• 5.1 相似准则原理和模型比尺47
• 5.2 水工模型材料、制作与安装47-49
• 5.3 流量测量原理49-50
• 5.4 试验工况及结果分析50-63
• 5.4.1 设计流量Q=2.083m~3/s+设计高水位51-53
• 5.4.2 设计流量Q=2.083m~3/s+设计低水位53-55
• 5.4.3 设计流量Q=2.083m~3/s+极端高水位55-56
• 5.4.4 设计流量Q=2.083m~3/s+极端低水位56-58
• 5.4.5 设计流量Q=1.042m~3/s+设计高水位58-60
• 5.4.6 设计流量Q=0.694m~3/s+设计高水位60-62
• 5.4.7 总结62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 6 扩散器海水入侵及冲洗分析64-70
• 6.1 海水入侵及冲洗的机理64-65
• 6.2 扩散器临界流量的计算65-68
• 6.2.1 海水临界入侵流量的计算65-66
• 6.2.2 海水临界冲洗流量的计算66-68
• 6.3 海水入侵的防治68-69
• 6.4 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77

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