排沙漏斗清水流场数值模拟

论文摘要

排沙漏斗是一种新型的泥沙处理技术,以其截沙率高,耗水率小等优点已广泛应用。但是对于它的流场结构特性和排沙机理迄今尚未彻底探明。近年来,随着数值模拟技术的发展,尝试对排沙漏斗内流场进行较全面准确的数值模拟成为一种新的研究途径。由于漏斗室内水流形成自由表面旋涡,并且存在两个出口,所以对其进行三维流场数值模拟具有很大难度。本文通过一系列的简化和处理,有效地降低了数值模拟难度,建立了的无调流墩和有调流墩的排沙漏斗物理模型。本文结合RNG k ?ε湍流模型和VOF方法建立了排沙漏斗的水气两相流数学模型。利用计算流体力学软件FLUENT进行求解计算,得到了排沙漏斗内水流的流速场、压力、湍动能和涡量等的分布规律。将数值计算得到的流速分布与试验实测结果进行了对比,两者吻合较好。通过对数值模拟结果的分析,得出了以下主要成果:(1)底坡附近的水流有较大的向内的径向速度,证实了排沙漏斗内存在二次流。(2)向上的轴向流速和向外的径向流速处在漏斗室内合适的区域,从而保证了排沙漏斗的耗水率小。(3)首次提出了排沙漏斗的二次流排沙原理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 排沙漏斗发展概述
• 1.2 排沙漏斗结构
• 1.3 旋涡研究成果
• 1.4 CFD 简介
• 1.5 相关数值模拟研究现状
• 1.6 研究内容简介
• 1.7 本论文研究的意义
• 第二章 数值计算理论基础
• 2.1 湍流模型的介绍
• 2.2 VOF 方法的应用
• 2.3 RNG K-Ε模型和 VOF 方法的耦合
• 2.4 数值求解方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 排沙漏斗内流场数值模拟
• 3.1 物理模型
• 3.2 网格划分及优化
• 3.3 边界条件的设置
• 3.4 数值计算过程
• 3.5 本章小结
• 第四章 数值模拟结果与分析
• 4.1 水面线和压强
• 4.2 三维流速计算结果验证
• 4.3 流场特性
• 4.4 湍动能与涡量
• 4.5 本章小结
• 第五章 排沙漏斗理论研究
• 5.1 切向流速分布研究
• 5.2 泥沙颗粒受力分析及其运动
• 5.3 二次流排沙原理
• 5.4 本章小结
• 第六章 结语
• 6.1 主要结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介