【博士】承壓式合流制溢流深井淤積及清淤技術研究

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：市政工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：浙江大學　　學位年度：2011　　承壓式合流制溢流深井是在原有合流管道埋深較大時所采用的一種特殊的溢流井，這種溢流井在降低了造價和施工難度的同時也存在水力條件差和易于淤積的問題。本文采用現(xiàn)場探測、模型實驗和數(shù)值模擬相結合的方法研究了承壓式合流制溢流深井的水力特性和淤積規(guī)律，在此基礎上設計了自虹吸水力清淤裝置，并研究了該裝置的水力特性和清淤效果。研究內(nèi)容分述如下：　　 l、應用管道聲納系統(tǒng)進行現(xiàn)場淤積調(diào)查，掌握承壓式溢流深井的淤積狀況和淤積變化情況；同時采用流量計監(jiān)測流量變化，將其與淤積狀況作對比分析。結果顯示．溢流深井內(nèi)普遍存在1-2m的淤積層，與B1型井相連的截流干管內(nèi)基本沒有淤積，而與B2型井相連的截流干管內(nèi)存在0.1-0.4m的沉積層?！　? 2、通過模型實驗和數(shù)值模擬研究承壓式溢流井的水力特性和淤積規(guī)律，分析溢流井淤積原因，為設計清淤裝置提供依據(jù)。結果顯示，恒定流時溢流井內(nèi)流場總體上呈現(xiàn)為包含兩個螺旋上升渦流的對稱結構，渦流中心的切應力和紊動能較小，泥沙實驗時該區(qū)域的固體顆粒沉積量較大；渦流周邊的切應力和紊動能較大，固體顆粒沉積量較小?！　? 3、根據(jù)承壓式溢流井的水力條件，設計了自虹吸水力清淤裝置。通過模型實驗和數(shù)值模擬，研究了該裝置的水力特性。結果顯示，自虹吸水力清淤裝置能明顯改善溢流井底部的水力條件，其速度場對承壓武溢流深井的清淤和防淤均能起到顯著作用。自虹吸水力清淤裝置運行所產(chǎn)生的井室底面切應力與作用水頭差之間呈線性關系，而在相同水頭差作用下底面切應力與虹吸管截面積參數(shù)(1心)　　呈指數(shù)關系。　　 4、通過泥沙實驗研究了自虹吸水力清淤裝置的清淤效果。結果表明：首次清淤率在總清淤率中所占比重最大，隨著運行次數(shù)的增加泥沙面趨于穩(wěn)定，清淤率急劇下降。首次清淤率和總清淤率均隨著虹吸管截面積參數(shù)(I／S)值的增大而增大．但其增長速度隨著(I／S)值的增大而降低．(I／S)增大到一定值后清淤率的增長不再明顯?！　? 5、在固液兩相流的數(shù)值模擬中，固體顆粒在邊界的沉降現(xiàn)象與當?shù)卮裁媲袘?BSS)有較強的相關性，本文通過將遺傳優(yōu)化算法中的概率選擇方法應用到判斷顆粒物沉降的邊界條件中，提出了“概率沉降’’模型。該模型從沉降概率的角度描述固體顆粒與底面的碰撞行為，彌補了臨界床面切應力模型不能區(qū)分不同區(qū)域顆粒沉降難易程度和預測相對沉積量的缺陷。將該模型應用于實驗模型和實際溢流井淤積的數(shù)值模擬，模擬結果得到實驗結果和聲納實測圖像的驗證。　　共155頁

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