“圆中环”沉沙排沙池浑水沉沙特性

"圆中环"沉沙排沙池是一种新型二级泥沙处理设施,以新疆呼图壁阿苇滩"圆中环"为原型,通过物理模型试验研究其浑水沉沙分布规律以及沉沙排沙效果。研究表明:"圆中环"的含沙量、沉沙范围和沉沙粒径在环向呈不均匀分布,135°~225°范围分布较大。但含沙量及沉沙粒径在径向与半径成反比,在距离圆心1/2半径处以内含沙量沿垂向与水深成反比,垂向分布不均匀,沉沙颗粒较粗,其余范围含沙量垂向分布较均匀,沉沙颗粒较细;在设计工况条件下,"圆中环"截沙率为90.9%,>1 mm粒径范围截沙率为100%。试验证明:"圆中环"存在泥沙分选现象,水沙分离依靠重力沉降,溢流堰长是沉沙效率高的重要原因。"圆中环"沉沙粒径范围大,截沙率高,排沙耗水率较小,并能利用水力作用自动排出沉沙。研究结果可为"圆中环"优化结构形式及设计应用提供参考。

圆中环沉沙排沙池流速分布规律试验

对一种新型沙水分离装置——圆中环沉沙排沙池进行模型试验研究,对8个径向测试断面的清水流速在径向、垂向和环向的分布进行了测试。试验结果表明:圆中环沉沙排沙池的流速及流速梯度在环向呈不均匀分布,尤以180°径向测试断面流速及流速梯度最大;流速及流速梯度在径向与半径成反比,表层水流流速大小垂向分布与水深成反比;在距离圆心1/2半径以内水流紊动较强,其余半径范围水流紊动弱;中心出水环处流速大小与溢流堰内侧最大相差7.3倍,溢流堰长度是中心出水环的15倍。认为圆中环沉沙排沙池具有较好的沉沙条件的重要原因是溢流堰长度大。

中心出水环高对圆中环沉沙排沙池流速分布影响研究

针对新型二级沙水分离设施-圆中环沉沙排沙池，采用模型试验方法测试其清水流速环向分布。研究表明：“圆中环”中心出水环不加高工况整体流速环向呈现不均匀分布，135°～225°范围流速较大。“圆中环”中心出水环加高9cm工况整体流速分布较均匀，但中心出水环过高，造成上游进水渠水位升高并增加工程量及投资。试验证明：“圆中环”中心出水环适当加高可提高沉沙效率，设计过程中，中心出水环加高后顶高程不宜超过溢流堰顶高程。

圆中环沉沙排沙池特性研究

圆中环沉沙排沙池是新型二级水沙分离设施,采用物理模型试验方法研究中心出水环不同高度工况下的排沙特性及最大沉沙粒径.研究表明：圆中环利用倒锥底坡上的高速水流将沉沙汇入冲沙槽,保证了在小于设计流量运行时排出沉积泥沙.同时要求冲沙槽起点至冲沙廊道后有适当的落差,保证水流在冲沙槽内形成高速环流及强挟沙力将泥沙自动排入下游河道.在设计流量条件下,中心出水环不同高度工况处理的泥沙粒径范围为1～84 mm.相比中心出水环不加高工况,中心出水环加高9 em,沉沙分布更均匀,有效沉沙体积及沉沙量增加,排沙时间稍有缩短,沉沙时间增加,排沙耗水率更小.圆中环依靠水力作用并以间歇排沙方式处理推移质泥沙,加高中心出水环可提高处理悬移质能力,减小排沙耗水率.

圆中环沉沙排沙池最大沉沙粒径研究

为了避免圆中环沉沙排沙池在运行过程中出现沙石淤堵进水廊道的现象,通过物理模型试验研究了其最大沉沙粒径。保持中心出水环直径和含沙量不变,在三种不同流量(1.36、2.73、4.09L/s分别对应原型流量1、2、3m3/s)条件下根据进水前池水头的变化对中心出水环涌出的沙粒进行取样,测量粒径并取最大值。试验结果表明,进水前池与沉沙池之间的水头差是影响最大沉沙粒径的主要因素之一,并且通过回归分析法得出了最大沉沙粒径的预测模型曲线,为今后圆中环沉沙排沙池设计与运行提供了理论依据。

圆中环沉沙排沙池曲线型中心出水环堰试验研究

为了改进圆中环池内流速分布不均匀的不足,使用物理模型对中心出水环堰进行试验研究。对中心出水环堰进行结构优化:在保证中心出水环堰最优高度不变情况下,将环堰出口由平口型调整为曲线一型和曲线二型,分别在3种来流量条件下(2 m3/s,3 m3/s,4 m3/s)测量溢流堰行近流速。试验结果表明:曲线型中心出水环堰相比平口型可以使溢流堰行近流速整体下降且更均匀。从曲线一型和曲线二型最大、最小和平均流速的对比分析中发现,曲线二型对圆中环整体流速的下降更为明显,是优于曲线一型的一种曲线型中心出水环堰。试验对研究圆中环在不同来流量下的中心出水环堰的设计具有一定的参考价值。

圆中环沉沙排沙过滤池三维流场数值模拟

在对圆中环沉沙排沙过滤池的计算区域作了特殊处理后,选用适当的边界条件,采用VOF方法追踪自由水面,结合标准k-ε双方程模型,对圆中环沉沙排沙过滤池进行了三维数值模拟研究。给出了特定断面的清水流速矢量图、流速等值线图和流速轨迹线图等水力参数。

基于Fortran的计算程序开发在圆中环沉沙排沙池结构设计中的应用

圆中环沉沙排沙池是一种新型的二级水沙分离设施,目前在对其进行结构设计的过程中,必须对泥沙粒径、含沙量、地形地质条件、流量等因素进行综合考虑后,通过手动计算的方式确定圆中环各结构的尺寸,包括平面尺寸(直径)、沉沙池深度、倒锥底坡坡度、冲沙槽宽度、进水廊道尺寸、冲沙廊道尺寸和闸门尺寸等。然而在圆中环结构设计计算过程中,涉及到的参数较多,应用到的计算公式多而复杂,如果采取手动计算的方式,不仅工作量大,工作效率较低,而且稍有不慎就会影响到计算结果的准确性。针对这一问题,以Fortran语言为基础编写的圆中环沉沙排沙池结构设计计算程序,可在圆中环沉沙排沙池结构设计过程中实现快速计算,不仅提高了工作效率,还能保证计算的准确率,为设计人员提供便利。

迷宫堰型圆中环沉沙排沙池的沉沙特性研究

通过对迷宫堰型圆中环沉沙排沙池进行物理模型试验并对比两种堰型的沉沙效果,得出其含沙量与沉沙的改善效果。迷宫堰型圆中环沉沙排沙池的含沙量沿垂向和径向的分布规律与光滑薄壁堰基本相同,并以流量Q=4.09 L/s(对应原型流量3 m3/s)时中心出水环不加高状态为例进行沉沙分析,得出溢流堰边壁内侧的平均含沙量比光滑堰的减小了16.5%,沉沙中小于0.1 mm的细颗粒泥沙明显增多,其中值粒径减小14.09%,出口沉沙的中值粒径相应减小了11.19%,说明调整为迷宫堰后能够有效地提高悬移质泥沙沉降率。

圆中环沉沙排沙池流场三维数值模拟研究

针对新型二级泥沙处理设施—圆中环沉沙排沙池,采用RNG k-ε湍流模型结合自由水面追踪的VOF方法对其流场进行水气二相流三维数值模拟。计算得出流速分布特性,在数值模拟结果与模型试验结果吻合良好的基础上,揭示流场分布规律。研究结果表明:数值模拟可弥补物理模型试验不足,对类似工程基本可以代替模型试验,提高研究效率;计算显示"圆中环"径向速度在数值上大于轴向及切向速度,表层水体径向流速大小沿径向及垂向锐减,水体沿径向存在回流区。

圆中环沉沙排沙过滤池水工模型试验研究

圆中环沉沙排沙过滤池是一种新型的浑水沉沙、排沙、过滤装置,为水沙分离提供了另一种新的思路。通过新疆呼图壁城镇工业供水工程圆中环沉沙排沙过滤池的物理模型试验,初步探明了其沉沙、排沙和过滤的机理。沿圆环周边布置的过流孔可降低池内流速至0.03m/s,形成水流相对比较稳定的区域分离泥沙;倒锥形沉沙池对粒径为0.16mm以上的泥沙沉降率达100%,对粒径为0.075mm以上的泥沙沉降率达82.4%;沉沙池排沙时采用间歇式冲沙,排出的沙量占池内总淤积量的95%;环形布置的过滤槽滤水层可单个依次冲洗,保证连续供水,反冲洗可排出的沙量占槽内总淤积量的83%。与常规水沙分离装置相比,这种新型的装置扩大了泥沙处理的粒径范围,实现了节能减排,环保性处理泥沙的目标。