水库中下层取水水力特性分析及其优化研究

来源 :西华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:scotty_zhao
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随着我国城市化和工业化的不断深入,城市供水规模也日趋增长。对于较为缺乏地表江河的一些城市,水库和湖泊成了主要的供水水源。它们作为主要的给水水源,受到自然和人为因素影响较大,加上水库和湖泊自身的自净能力比一般的江河要差。因此,对给水水源采取净化水质的措施很有必要。本论文研究的对象是某水库的取水工程。主要基于CFD商用软件Fluent对水泵在水库中取水时,水库的中下层液体流场和基质分布进行数值模拟,并讨论了水库中下层流场的优化措施,从而探索出最优实施方案。首先,在未采用任何优化措施情况下,对水库中水泵在取水时的水体流动情况和水下基质的运动情况进行模拟分析(流速分析、压强分析、基质浓度分析)。且研究范围内的流场模拟采用的是VOF和k-ε湍流的固液两相流模型。为了使计算达到较高的精度,在进行数值模拟之前,对所建立的取水模型进行了网格数量无关性和时间步长独立性验证,得出最优网格尺寸为54万,最优时间步长为5×10-5s。其次,在水库库底实施增设一高度为H,直径为D的薄壁围堰工程。通过改变该围堰的高度H和直径D后,进行水泵吸水时的流场及基质分布情况的数值模拟,得出能够阻碍基质吸入的最优围堰尺寸。最后,由于该水库是营山县附近的唯一的取水水源且经环评和当地环保部门允许,在基于H=0.35m,D=0.5m围堰,对研究区域投加CaO,投加范围控制在直径约为3.5m的圆域内。同时,在水泵吸水管上加装能够进行CaO投加的喷嘴便于在水泵工作时按需、及时地对水中投加CaO。以此再次模拟水泵取水时水库中下层的流场域基质运动分布情况。通过对上述共18次模拟结果进行分类对比分析,得出具体优化方案为:(1)采用尺寸为直径D=0.5m,高度H=0.4m的围堰。(2)在夏季水位持续下降,水质恶化严重时,则采用对研究区域投加CaO配合直径D=0.5m,高度H≥0.35m的围堰。通过对本工程具体优化方案的研究,可为类似取水工程中的优化设计提供参考。
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