“浑水水力分离清水装置”结构对清水流场影响的数值模拟

论文摘要

本文研究了新型净水装置——浑水水力分离清水装置结构对清水流场影响的数值模拟。由于现有数值模拟理论已经较为成熟,数值模拟研究可以不受物理模型和实验条件的限制,既省时省钱,又能给出详细和完整的预测结果。因此本文采用数值模拟来研究装置结构对清水流场的影响。本文采用RNG k -ε紊流模型模拟了与PIV所测相同尺寸装置的清水流场,用PIV所测结果验证数值预测结果,在证明了数模试验的可行性的基础上,通过数值方法研究装置结构对清水流场影响。由数值模拟得出以下结论:（1）装置内存在一绕装置中心旋转的偏心涡旋,漩涡的旋转方向与水流方向同向。在柱体区切向流速呈现出明显的强迫涡特征,即vθrn=C,（n<0）,在锥体区呈强迫涡和自由涡的组合涡特征。轴向速度分布为两个环流,中心与边壁区域向上流动,中心与边壁之间区域向下流动。径向速度正负相间分布,呈现出装置内部流场的螺旋流特性。（2）增大装置进流量和底孔孔径时流场内各向流速相应增大;增加高度和锥角时流场内各向流速相应减小。同一分流比时,增大装置的比尺,流速值约成正比增加。下悬板的设置使得整个流场的运动速度减弱,中悬板的设置主要减小了切向速度,增大了径向速度,并起到改变径向运动方向的作用,上悬板对流场流速的影响微弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章绪论
• 1.1 装置简介
• 1.2 课题的来源和研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 物理实验研究
• 1.3.2 数值研究CFD 中螺旋流目前的研究进展
• 1.4 本文研究内容
• 第二章“浑水水力分离清水装置”流场的预测
• 2.1 流场预测的基本方程
• 2.1.1 N-S 方程
• 2.1.2 雷诺方程
• 2.1.3 k-ε方程
• 2.2 流场预测的数学模型
• 2.3 流场预测的数值方法
• 2.3.1 输运方程的离散化
• 2.3.2 网格划分
• 2.3.3 SIMPLE 算法
• 2.4 流场预测的边界条件
• 2.5 流场的预测结果与分析
• 2.5.1 数值模拟迭代计算
• 2.5.2 流场轨迹
• 2.5.3 装置的流场特性
• 2.6 预测结果验证
• 2.7 结论
• 第三章“浑水水力分离清水装置”结构性能数值试验研究
• 3.1 “浑水水力分离清水装置”的结构组成
• 3.2 “浑水水力分离清水装置”的数值试验与分析
• 3.2.1 数值试验的设计
• 3.2.2 进口流速对清水流场的影响
• 3.2.3 进口尺寸对装置清水流场的影响
• 3.2.4 底孔尺寸对装置清水流场影响
• 3.2.5 高度对装置清水流场影响
• 3.2.6 锥角对装置清水流场影响
• 3.2.7 直径对装置清水流场的影响
• 3.2.8 比尺对装置清水流场的影响
• 3.2.9 悬板对装置清水流场的影响
• 3.3 结论
• 第四章 结语
• 4.1 本论文完成的主要工作
• 4.2 本论文得到的主要结论
• 4.3 主要创新点
• 4.4 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介