分離鰓的水沙流場數(shù)值分析及試驗(yàn)研究.pdf

1、《垂向異重流式水沙分離鰓》（簡稱“分離鰓”）是一種新型的水沙分離裝置，由鰓片與鰓管構(gòu)成。本文在分離鰓已取得的研究成果基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步探明分離鰓水沙兩相流流場，揭示分離鰓水沙分離機(jī)理，并進(jìn)一步對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以及將分離鰓運(yùn)用于實(shí)際工程時(shí)的結(jié)構(gòu)型式，采用了物理模型試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算及中間試驗(yàn)對分離鰓進(jìn)行了研究。
　　(1)為研究渾水含沙量和鰓片間距對分離鰓水沙分離效率的影響，在分離鰓和無鰓片普通管中進(jìn)行了靜水沉降試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:①渾

2、水含沙量為10～80kg/m3時(shí)，分離鰓中泥沙平均沉速更大，水沙分離效率更高;同一含沙量下分離鰓中的泥沙平均沉速是普通管的1.65倍左右。②鰓片間距為5cm時(shí)，泥沙平均沉速最大，水沙分離效率最高;不同鰓片間距的分離鰓水沙分離效率高于普通管，其泥沙平均沉速是普通管的1.4～3.25倍。
　　(2)采用Fluent軟件提供的歐拉模型與混合模型，對分離鰓內(nèi)的水沙兩相流流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，將計(jì)算結(jié)果與PIV測試結(jié)果進(jìn)行了定性和定量對比，發(fā)

3、現(xiàn)歐拉模型適合模擬分離鰓內(nèi)的水沙兩相流流場。進(jìn)而利用歐拉模型的計(jì)算結(jié)果分析了分離鰓內(nèi)的泥沙及速度分布特性。結(jié)果表明:鰓片上表面的平均含沙量及泥沙平均速度分布規(guī)律以及鰓片下表面的平均含沙量與清水平均速度分布規(guī)律都與鰓片所在位置和時(shí)間有關(guān);泥沙通道中泥沙平均速度與清水通道中清水平均速度隨時(shí)間變化規(guī)律一致，且泥沙平均速度總體上大于清水平均速度。
　　采用數(shù)值模擬的方法研究了渾水含沙量、鰓片傾斜角、鰓片間距及泥沙粒徑對分離鰓速度場及水沙分

4、離效率的影響。計(jì)算結(jié)果表明:①渾水含沙量對分離鰓內(nèi)速度流場沒有影響;渾水含沙量越小，分離鰓的水沙分離效率就越高。②不同鰓片傾斜角下，分離鰓的速度流場不同，根據(jù)幾何關(guān)系推導(dǎo)出了不同鰓片傾斜角下泥沙在鰓片上表面的滑動傾斜角及方位角;鰓片β傾斜角對分離鰓水沙分離效率影響最大，其次是鰓片α傾斜角。③鰓片間距越小，則速度流場受到來自泥沙通道下降的泥沙流與清水通道上升的清水流影響就越小;考慮分離鰓水沙分離效率高和鰓片間速度流場干擾少，選擇最優(yōu)鰓片間

5、距為5cm，該結(jié)果與物理模型試驗(yàn)結(jié)果一致。④泥沙粒徑為0.0001mm時(shí)，分離鰓中的速度場與泥沙粒徑為0.005～0.035mm不同;泥沙粒徑越大，水沙分離效率就越高。
　　(3)結(jié)合試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算結(jié)果，從分離鰓的結(jié)構(gòu)型式、流場分布特性及高度方向上平均含沙量分布特性揭示了分離鰓加速水沙分離的機(jī)理。
　　(4)采用中間試驗(yàn)的方法分別對封閉式分離鰓沉淀池、敞開式分離鰓沉淀池及普通沉淀池進(jìn)行了靜水和動水的水沙分離試驗(yàn)。結(jié)果表明:兩