【博士】承壓式合流制溢流深井淤積及清淤技術(shù)研究

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　　 學(xué)科專業(yè)：市政工程　　 授予學(xué)位： 博士 　　 學(xué)位授予單位：浙江大學(xué)　　 學(xué)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(shí)所采用的一種特殊的溢流井，這種溢流井在降低了造價(jià)和施工難度的同時(shí)也存在水力條件差和易于淤積的問題。本文采用現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)、模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)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(chǔ)上設(shè)計(jì)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?jī)?nèi)容分述如下：　　 l、應(yīng)用管道聲納系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(shí)采用流量計(jì)監(jiān)測(cè)流量變化，將其與淤積狀況作對(duì)比分析。結(jié)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(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)清淤裝置提供依據(jù)。結(jié)果顯示，恒定流時(shí)溢流井內(nèi)流場(chǎng)總體上呈現(xiàn)為包含兩個(gè)螺旋上升渦流的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，渦流中心的切應(yīng)力和紊動(dòng)能較小，泥沙實(shí)驗(yàn)時(shí)該區(qū)域的固體顆粒沉積量較大；渦流周邊的切應(yīng)力和紊動(dòng)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(shè)計(jì)了自虹吸水力清淤裝置。通過模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究了該裝置的水力特性。結(jié)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(chǎng)對(duì)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(yùn)行所產(chǎn)生的井室底面切應(yīng)力與作用水頭差之間呈線性關(guān)系，而在相同水頭差作用下底面切應(yīng)力與虹吸管截面積參數(shù)(1心)　　呈指數(shù)關(guān)系?！　? 4、通過泥沙實(shí)驗(yàn)研究了自虹吸水力清淤裝置的清淤效果。結(jié)果表明：首次清淤率在總清淤率中所占比重最大，隨著運(yùn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dāng)?shù)卮裁媲袘?yīng)力(BSS)有較強(qiáng)的相關(guān)性，本文通過將遺傳優(yōu)化算法中的概率選擇方法應(yīng)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(bǔ)了臨界床面切應(yīng)力模型不能區(qū)分不同區(qū)域顆粒沉降難易程度和預(yù)測(cè)相對(duì)沉積量的缺陷。將該模型應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)際溢流井淤積的數(shù)值模擬，模擬結(jié)果得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果和聲納實(shí)測(cè)圖像的驗(yàn)證?！　? 共155頁(yè)

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