加压液化输沙技术在“浑水水力分离清水装置”中应用的数值模拟

发布时间：2020-02-13 20:19

【摘要】：“浑水水力分离清水装置”（简称“装置”）是一种新型水沙分离装置。为解决“装置”降低锥体径坡产生底部泥沙淤积的难题，将“加压液化输沙技术”引入“装置”。本文在前期试验基础上，为探明运用加压液化输沙技术后“装置”内部水沙两相流流场，并对加压液化管路的布设进行结构优化，采用数值模拟研究方法，对“装置”较优锥体径坡（1:6）条件下加压液化管路纵向铺设方式，进行数值模拟计算。为探究加压液化输沙技术运用于“装置”的工作机理，分别模拟了运用加压液化技术前后“装置”的内部流场，计算结果表明加压液化输沙技术应用于“装置”中，可解决“装置”锥体径坡减小产生的泥沙淤积问题，且不影响清水溢出效果。通过对不同加压液化渗水孔孔径的“装置”进行计算对比，得出加压液化渗水孔的最优孔径为2mm；在最优孔径作用下，分别对七种不同加压水头作用的“装置”进行模拟，对比分析得出加压液化渗水孔加压水头的最优选取值为1.8-1.9m。数值模拟结果表明在最优孔径和最优水头作用下，“装置”内部水沙分离较彻底，溢出的清水含沙浓度相对较小，排沙底孔排沙效果较好，在降低“装置”高度基础上，解决了锥体底部泥沙淤积问题，是“装置”运用加压液化输沙技术的理想状态。本文研究成果为加压液化输沙技术运用于“装置”的布设方法提供了设计依据，为今后完善加压液化输沙技术与“装置”的结合奠定了基础。
【图文】：

清水,模型结构,含沙浓度,水沙

新疆河流特性以山溪性河流为主，流域内含沙量较大并且颗粒粗细分布不均，流域内的含沙浓度有的达到十几千克每立方米，甚至高达数百千克每立方米，有的粗颗粒泥沙的粒径达到十几厘米，而细颗粒泥沙的粒径甚至小于 0.05mm。由于河水的含沙浓度高，泥沙粒径极细，小于0.03 mm粒径的泥沙约占含沙总量的40%，处理起来十分困难，水沙分离问题无法解决，高含沙河流可利用的水资源日趋贫乏。所以，为了更加合理的利用现有的水资源，对如何将高含沙水流水沙分离，获取工农业用水成为一项十分重要的任务。2003 年，新疆农业大学水利与土木工程学院水力学教研室课题组成员研制出了一种新型净水装置——《浑水水力分离清水装置》[1]（下文简称“装置”），实现了高浓度泥沙水净化技术的突破。在 2005 年“浑水水力分离清水装置”被国家知识产权局授予发明专利（专利申请号为：031595073）。（见图 1-1）

悬板,清水,结构示意图,经前期

(a)平面图 (b)立面图 (c) I- I 剖面图图 2-1 “浑水水力分离清水装置”结构示意图排沙底孔位于锥体底部的中心，主要作用是将分离出的泥沙排出“装置”。底孔孔径大小是可变的，依据浑水进流含沙浓度的不同，，改变底孔孔径，影响“装置”内部流场，从而起到调节流场强度和排沙底孔排沙耗水量的大小，有利于对不同含沙浓度的浑水进行有效的分离。上悬板位于“装置”的顶部，清水从上悬板溢出。上悬板的作用是保持“装置”的恒定水位。经前期试验得知：不加上悬板的切向流速小于加设上悬板的切向流速，这主要是由于上悬板添加在“装置”顶部后，使“装置”内部整个流场提前进入了重力区，对泥沙的沉降比较有利。由于上悬板存在，使“装置”柱体的高度大为降低。中悬板位于上悬板和下悬板之间，沿径向 45°向内倾斜。经前期试验得知，“装置”内部加设中悬板后，对粗颗粒泥沙的提前沉降比较有利。下悬板的作用是减小切向速度。下悬板由一块水平放置的窄板构成，可起到使浑
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV149.2

【参考文献】