【摘要】：預(yù)沉池是水源地取水工程的重要組成部分,是供原水中泥沙及懸浮物沉降的第一道防線,可除去原水中的可沉物和漂浮物,減去后續(xù)處理設(shè)施的負(fù)荷。本文以某水源地取水工程為背景。原水通過(guò)自流穿過(guò)大堤,進(jìn)入取水泵房預(yù)沉池及曝氣池,沉淀充氧后增壓提升,通過(guò)輸水管輸入下一級(jí)泵站。取水工程內(nèi)懸浮物的沉積大大降低供水效率和水源地供水的水質(zhì),給受水地的城市用水帶來(lái)巨大影響。本文通過(guò)CFD技術(shù)研究預(yù)沉池在各種流量工況、不同水位標(biāo)高、不同來(lái)流含沙量及不同懸浮物粒徑下的懸浮物分布規(guī)律。研究成果為后續(xù)預(yù)沉技術(shù)和管道沉積規(guī)律研究提供相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(1)運(yùn)用軟件ANSYS14.5,多相流模型選擇歐拉-歐拉模型中的Mixture混合模型,湍流模型選取時(shí)比較標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型和k-ω模型四種模型的殘差曲線,最終選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型進(jìn)行模擬計(jì)算。通過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性,確定計(jì)算整體網(wǎng)格數(shù)為980萬(wàn)。(2)設(shè)計(jì)運(yùn)行模式下懸浮物在水源地取水工程預(yù)沉池內(nèi)分布規(guī)律。選擇設(shè)計(jì)運(yùn)行模式下的輸水工況條件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,在入口處由于淹沒(méi)堰的存在水流運(yùn)動(dòng)比較劇烈,在穿孔花墻前后存在一大一小兩個(gè)回流區(qū),池尾部淹沒(méi)過(guò)流堰后也存在一個(gè)回流區(qū),回流區(qū)存在易于泥懸浮物沉降。懸浮物在預(yù)沉池內(nèi)越靠近池底沉降越多,由于淹沒(méi)過(guò)流堰的作用,整個(gè)預(yù)沉池懸浮物分布態(tài)勢(shì)由入口至尾部呈現(xiàn)處先減少再增加的趨勢(shì)。(3)水源地取水工程流量工況條件及運(yùn)行水位對(duì)預(yù)沉池內(nèi)懸浮物分布規(guī)律的影響。分別取水源地遠(yuǎn)期最高日、遠(yuǎn)期平均日、遠(yuǎn)期最低日、投產(chǎn)初期最高日、投產(chǎn)初期平均日、投產(chǎn)初期最低日以及保底運(yùn)行水位的流量進(jìn)行分析。來(lái)流流量越小,穿孔花墻后的懸浮物含量越高,預(yù)沉池池底前部高含沙量區(qū)域越大,淹沒(méi)過(guò)流堰處的懸浮物含量也越低。計(jì)算分析低水位、常水位及高水位工況下的預(yù)沉池懸浮物分布。水位越高,池底的懸浮物沉積量就越大。但高水位時(shí)由于其進(jìn)入預(yù)沉池的水沙總體積大,加上淹沒(méi)過(guò)流堰的高度遠(yuǎn)小于高水位時(shí)的水位高度,對(duì)池內(nèi)懸浮物的阻擋作用小,導(dǎo)致高水位時(shí)的懸浮物沉降率降低。則常水位時(shí)的懸浮物沉降效率最高。(4)水源地取水工程預(yù)沉池來(lái)流懸浮物濃度及粒徑對(duì)預(yù)沉池內(nèi)懸浮物分布規(guī)律的影響。不同來(lái)流懸浮物濃度下的懸浮物分布有所差異。預(yù)沉池懸浮物沉降率隨著來(lái)流懸浮物濃度的增加而增大,當(dāng)來(lái)流懸浮物濃度達(dá)到0.132kg/m3時(shí),預(yù)沉池懸浮物沉降率有所降低。隨著來(lái)流懸浮物粒徑的增大,預(yù)沉池的懸浮物沉降率增大。當(dāng)來(lái)流懸浮物粒徑繼續(xù)增大時(shí),預(yù)沉池懸浮物沉降率雖繼續(xù)增大,但是其的增長(zhǎng)率開(kāi)始逐漸減小。(5)水源地取水工程預(yù)沉池的結(jié)構(gòu)對(duì)懸浮物分布規(guī)律的影響。本文在設(shè)計(jì)運(yùn)行模式下的基礎(chǔ)上改變坡降及淹沒(méi)過(guò)流堰高度等幾何結(jié)構(gòu)來(lái)研究預(yù)沉池內(nèi)懸浮物分布規(guī)律。當(dāng)池底坡度為正時(shí),隨和底坡的增大,一定程度上會(huì)促進(jìn)懸浮物地沉積,但同時(shí)會(huì)大大減少淹沒(méi)過(guò)流堰的高度,減少可沉降水深,不利于懸浮物沉積。當(dāng)?shù)灼聻樨?fù)時(shí),隨著底坡增大,懸浮物沉降率略有增大,但依舊小于底坡為0時(shí)的沉降率,則對(duì)于此預(yù)沉池池底坡度為0時(shí)的預(yù)沉池懸浮物沉降率最高。當(dāng)淹沒(méi)過(guò)流堰高度增大時(shí),預(yù)沉池內(nèi)懸浮物的沉降率會(huì)隨著淹沒(méi)過(guò)流堰的高度增加而增大。
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV673
【圖文】：

圖２－１邋ＦＬＵＥＮＴ計(jì)算基本步驟流程圖逡逑２．３．２網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無(wú)關(guān)性逡逑由于采用的數(shù)值模擬方法是有限體積法，網(wǎng)格劃分使求解域被劃分成有限個(gè)元，在節(jié)點(diǎn)處建立方程，結(jié)果存儲(chǔ)在每一個(gè)控制單元的中心上。因此網(wǎng)格劃分是模擬計(jì)算的至關(guān)重要的步驟，直接影響著后續(xù)數(shù)值計(jì)算以及結(jié)果分析的正確性和２．３．２．１網(wǎng)格剖分逡逑網(wǎng)格主要分為結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格。逡逑結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格建立在網(wǎng)格坐標(biāo)線和網(wǎng)格坐標(biāo)面的基礎(chǔ)上，在結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格中，可理空間與計(jì)算空間的坐標(biāo)變換對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)特定的坐標(biāo)變換關(guān)系，將物理求解特定求解域及其特定的網(wǎng)格劃分，映射到計(jì)算空間的某一特定規(guī)則求解域，以及的正交均勻的網(wǎng)格劃分。所以結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格的生成，關(guān)鍵在于尋求一種一一對(duì)應(yīng)的映

邐水源地引水工程預(yù)沉池多模式運(yùn)行工況懸浮物分布數(shù)值模擬研究邐＾角形單元對(duì)于二維問(wèn)題以及四面體單元對(duì)于三維問(wèn)題都具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格逡逑主要包括四面體網(wǎng)格和五面體網(wǎng)格。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)于相同的計(jì)算空間，網(wǎng)格填充率不高，逡逑相對(duì)于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其在滿足同樣的流暢計(jì)算的情況下，產(chǎn)生的網(wǎng)格要大。逡逑在本次計(jì)算中，采用分塊劃分網(wǎng)格的方法，對(duì)于預(yù)沉池部分采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對(duì)于模逡逑型體其余部分采用混合網(wǎng)格進(jìn)行劃分，對(duì)于物理量變化劇烈的區(qū)域采用局部網(wǎng)格加密。圖逡逑２－２為對(duì)計(jì)算域的分塊，圖２－３為對(duì)分塊區(qū)域的網(wǎng)格劃分。逡逑ＡＮＳＹＳ逡逑

在本次計(jì)算中，采用分塊劃分網(wǎng)格的方法，對(duì)于預(yù)沉池部分采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對(duì)于模逡逑型體其余部分采用混合網(wǎng)格進(jìn)行劃分，對(duì)于物理量變化劇烈的區(qū)域采用局部網(wǎng)格加密。圖逡逑２－２為對(duì)計(jì)算域的分塊，圖２－３為對(duì)分塊區(qū)域的網(wǎng)格劃分。逡逑ＡＮＳＹＳ逡逑進(jìn)口邐穿孔花墻邋預(yù)沉池逡逑＿邋＿邐ｔｃ逡逑圖２－２數(shù)值模擬總體計(jì)算區(qū)域逡逑０＾邐邐９？？０0３邋（ｎｗｎ）邐（ｍｍ）逡逑２Ｊ５，＋００３邐＂＂ＴＳ．００３邐＇邐２Ｊ５．＊００３邐６．７５．．０Ｏ３逡逑ａ）左側(cè)進(jìn)水及穿孔花墻邐ｂ）右側(cè)進(jìn)水及穿孔花墻逡逑１？＊００４邐３＊？４０４邋（ｍｍ）邐°邐邐＾＊００４邐邐（ｍｍ）逡逑■ＨＫ＝ＳＨａＨＫ＝＝］邐￣逡逑Ｕ＊００３邐ｌｉ．＊０Ｏ４邐Ｕ＊００３邐１４？＊００４逡逑ｃ）左側(cè)預(yù)沉池邐ｄ）右側(cè)預(yù)沉池逡逑

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本文編號(hào)：2753171