水源地引水工程预沉池多模式运行工况悬浮物分布数值模拟研究

发布时间：2020-07-13 07:44

【摘要】：预沉池是水源地取水工程的重要组成部分,是供原水中泥沙及悬浮物沉降的第一道防线,可除去原水中的可沉物和漂浮物,减去后续处理设施的负荷。本文以某水源地取水工程为背景。原水通过自流穿过大堤,进入取水泵房预沉池及曝气池,沉淀充氧后增压提升,通过输水管输入下一级泵站。取水工程内悬浮物的沉积大大降低供水效率和水源地供水的水质,给受水地的城市用水带来巨大影响。本文通过CFD技术研究预沉池在各种流量工况、不同水位标高、不同来流含沙量及不同悬浮物粒径下的悬浮物分布规律。研究成果为后续预沉技术和管道沉积规律研究提供相应的基础数据。(1)运用软件ANSYS14.5,多相流模型选择欧拉-欧拉模型中的Mixture混合模型,湍流模型选取时比较标准k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型和k-ω模型四种模型的残差曲线,最终选用标准k-ε湍流模型进行模拟计算。通过网格无关性,确定计算整体网格数为980万。(2)设计运行模式下悬浮物在水源地取水工程预沉池内分布规律。选择设计运行模式下的输水工况条件进行数值模拟计算,在入口处由于淹没堰的存在水流运动比较剧烈,在穿孔花墙前后存在一大一小两个回流区,池尾部淹没过流堰后也存在一个回流区,回流区存在易于泥悬浮物沉降。悬浮物在预沉池内越靠近池底沉降越多,由于淹没过流堰的作用,整个预沉池悬浮物分布态势由入口至尾部呈现处先减少再增加的趋势。(3)水源地取水工程流量工况条件及运行水位对预沉池内悬浮物分布规律的影响。分别取水源地远期最高日、远期平均日、远期最低日、投产初期最高日、投产初期平均日、投产初期最低日以及保底运行水位的流量进行分析。来流流量越小,穿孔花墙后的悬浮物含量越高,预沉池池底前部高含沙量区域越大,淹没过流堰处的悬浮物含量也越低。计算分析低水位、常水位及高水位工况下的预沉池悬浮物分布。水位越高,池底的悬浮物沉积量就越大。但高水位时由于其进入预沉池的水沙总体积大,加上淹没过流堰的高度远小于高水位时的水位高度,对池内悬浮物的阻挡作用小,导致高水位时的悬浮物沉降率降低。则常水位时的悬浮物沉降效率最高。(4)水源地取水工程预沉池来流悬浮物浓度及粒径对预沉池内悬浮物分布规律的影响。不同来流悬浮物浓度下的悬浮物分布有所差异。预沉池悬浮物沉降率随着来流悬浮物浓度的增加而增大,当来流悬浮物浓度达到0.132kg/m3时,预沉池悬浮物沉降率有所降低。随着来流悬浮物粒径的增大,预沉池的悬浮物沉降率增大。当来流悬浮物粒径继续增大时,预沉池悬浮物沉降率虽继续增大,但是其的增长率开始逐渐减小。(5)水源地取水工程预沉池的结构对悬浮物分布规律的影响。本文在设计运行模式下的基础上改变坡降及淹没过流堰高度等几何结构来研究预沉池内悬浮物分布规律。当池底坡度为正时,随和底坡的增大,一定程度上会促进悬浮物地沉积,但同时会大大减少淹没过流堰的高度,减少可沉降水深,不利于悬浮物沉积。当底坡为负时,随着底坡增大,悬浮物沉降率略有增大,但依旧小于底坡为0时的沉降率,则对于此预沉池池底坡度为0时的预沉池悬浮物沉降率最高。当淹没过流堰高度增大时,预沉池内悬浮物的沉降率会随着淹没过流堰的高度增加而增大。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV673
【图文】：

图２－１邋ＦＬＵＥＮＴ计算基本步骤流程图逡逑２．３．２网格划分及网格无关性逡逑由于采用的数值模拟方法是有限体积法，网格划分使求解域被划分成有限个元，在节点处建立方程，结果存储在每一个控制单元的中心上。因此网格划分是模拟计算的至关重要的步骤，直接影响着后续数值计算以及结果分析的正确性和２．３．２．１网格剖分逡逑网格主要分为结构性网格和非结构性网格。逡逑结构化网格建立在网格坐标线和网格坐标面的基础上，在结构性网格中，可理空间与计算空间的坐标变换对应关系，通过特定的坐标变换关系，将物理求解特定求解域及其特定的网格划分，映射到计算空间的某一特定规则求解域，以及的正交均匀的网格划分。所以结构性网格的生成，关键在于寻求一种一一对应的映

逦水源地引水工程预沉池多模式运行工况悬浮物分布数值模拟研究逦＾角形单元对于二维问题以及四面体单元对于三维问题都具有很强的适应性。非结构化网格逡逑主要包括四面体网格和五面体网格。非结构化网格对于相同的计算空间，网格填充率不高，逡逑相对于结构化网格，其在满足同样的流畅计算的情况下，产生的网格要大。逡逑在本次计算中，采用分块划分网格的方法，对于预沉池部分采用结构化网格，对于模逡逑型体其余部分采用混合网格进行划分，对于物理量变化剧烈的区域采用局部网格加密。图逡逑２－２为对计算域的分块，图２－３为对分块区域的网格划分。逡逑ＡＮＳＹＳ逡逑

在本次计算中，采用分块划分网格的方法，对于预沉池部分采用结构化网格，对于模逡逑型体其余部分采用混合网格进行划分，对于物理量变化剧烈的区域采用局部网格加密。图逡逑２－２为对计算域的分块，图２－３为对分块区域的网格划分。逡逑ＡＮＳＹＳ逡逑进口逦穿孔花墙邋预沉池逡逑＿邋＿逦ｔｃ逡逑图２－２数值模拟总体计算区域逡逑０＾逦逦９？？０0３邋（ｎｗｎ）逦（ｍｍ）逡逑２Ｊ５，＋００３逦＂＂ＴＳ．００３逦＇逦２Ｊ５．＊００３逦６．７５．．０Ｏ３逡逑ａ）左侧进水及穿孔花墙逦ｂ）右侧进水及穿孔花墙逡逑１？＊００４逦３＊？４０４邋（ｍｍ）逦°逦逦＾＊００４逦逦（ｍｍ）逡逑■ＨＫ＝ＳＨａＨＫ＝＝］逦￣逡逑Ｕ＊００３逦ｌｉ．＊０Ｏ４逦Ｕ＊００３逦１４？＊００４逡逑ｃ）左侧预沉池逦ｄ）右侧预沉池逡逑

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本文编号：2753171