帶自由表面的快濾池進水渠道三維紊流場數值模擬優(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和難點。自來水廠快濾池進水渠道內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水渠道內三維紊流場進行了數值模擬,并在此基礎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號池進水量小的工程問題,并提出加堰板的解決方案,通過數值方法實現(xiàn)了自來水廠快濾池進水渠道的優(yōu)

2、化開發(fā)。本文的主要研究內容有:
　　 (1)較全面系統(tǒng)地總結了帶自由表面流動的研究現(xiàn)狀和進展情況。
　　 (2)歸納了現(xiàn)有計算紊流流動的數學模型,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)對快濾池進水渠道的問題進行了數學描述,并建立了相應的三維幾何模型,利用ICEM軟件進行結構化網格劃分,合理地設置邊界條件和初

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

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