帶自由表面的快濾池進(jìn)水渠道三維紊流場數(shù)值模擬優(yōu)化.pdf

1、帶自由表面的流動廣泛存在自然環(huán)境中,尤其是在水利工程中,因此這類流動一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。自來水廠快濾池進(jìn)水渠道內(nèi)流動就明顯具有自由表面的流動問題,同時還涉及到跌水消能問題和流量分配等問題。本文利用商用流體計算軟件CFX,對帶自由表面的快濾池進(jìn)水渠道內(nèi)三維紊流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,并在此基礎(chǔ)上展開了一系列的工程研究,主要研究了鎮(zhèn)江市金西水廠快濾池l號池進(jìn)水量小的工程問題,并提出加堰板的解決方案,通過數(shù)值方法實(shí)現(xiàn)了自來水廠快濾池進(jìn)水渠道的優(yōu)

2、化開發(fā)。本文的主要研究內(nèi)容有:
　　 (1)較全面系統(tǒng)地總結(jié)了帶自由表面流動的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展情況。
　　 (2)歸納了現(xiàn)有計算紊流流動的數(shù)學(xué)模型,并對比分析了目前處理自由表面的各種方法。然后簡單介紹了商用流體計算軟件CFX,重點(diǎn)介紹了CFX軟件計算自由表面的均相流自由表面模型。
　　 (3)對快濾池進(jìn)水渠道的問題進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述,并建立了相應(yīng)的三維幾何模型,利用ICEM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,合理地設(shè)置邊界條件和初

3、始化條件,采用標(biāo)準(zhǔn)的κ-ε紊流模型和均相流自由表面模型對快濾池進(jìn)水渠道內(nèi)的流動進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　 (4)重點(diǎn)分析了帶自由表面的快濾池進(jìn)水渠道內(nèi)的流動情況,探討了快濾池1號進(jìn)水池進(jìn)水量小的原因,并把計算得到的結(jié)果與現(xiàn)場試驗(yàn)測量的結(jié)果進(jìn)行了對比,對比結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。通過數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):受到渡槽后階跌水的影響,水氣復(fù)雜的自由表面在渡槽后階相當(dāng)紊亂,并且含氣率較高的水已經(jīng)延伸到快濾池1號進(jìn)水池的進(jìn)水口,這使得快

4、濾池1號進(jìn)水池斷面上,在進(jìn)水渠道內(nèi)的速度明顯比其他斷面的速度較大,且呈現(xiàn)“U”型分布,而在進(jìn)水口內(nèi)的速度則明顯比其他進(jìn)水口的速度小得多,因此快濾池1號進(jìn)水池進(jìn)水量較小。
　　 (5)對快濾池進(jìn)水渠道進(jìn)行了數(shù)值優(yōu)化,采用加堰板的方法改善快濾池各進(jìn)水池的流量分配問題。利用擬水平法采用標(biāo)準(zhǔn)正交表對堰板的高度、寬度和距1號進(jìn)水池距離三個因素進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M,獲得最佳的改造方案。通過數(shù)值優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn):添加堰板明顯起到了擋水作用,而且水流在堰板