全沙排沙漏斗渾水流場特性及輸沙規(guī)律.doc

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1、全沙排沙漏斗渾水流場特性及輸沙規(guī)律摘要：本文通過全沙排沙漏斗三維流場的測(cè)試，分析了清、渾水流場流速分布特性和泥沙輸移規(guī)律，揭示了因泥沙的存在使清、渾水流場流速分布產(chǎn)生了較大的差異和高效輸沙的原因。關(guān)鍵詞：全沙排沙漏斗渾水流場泥沙模型試驗(yàn)1前言　　在多沙河流上引水所帶來的泥沙問題一直是重要研究課題。通常采用沉沙池等設(shè)施對(duì)進(jìn)入引水渠道的泥沙進(jìn)行二次處理。由于沉沙池的截沙率很低，而排沙耗水率很高，一般為30%左右，甚至更高。而隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，需水量不斷增加，渠道的引水比不斷提高，一般為70%，甚至更高，沖沙水量貧乏

2、，人們不愿耗水沖沙，沉沙池很少使用或不用，造成池內(nèi)泥沙的大量淤積，產(chǎn)生惡性循環(huán)，直至沉沙池報(bào)廢，使引水渠道的泥沙危害更為突出。　　全沙排沙漏斗是近年研究成功的泥沙二次處理的科研成果。它不但可以有效地處理推移質(zhì)泥沙，而且可同時(shí)處理懸移質(zhì)泥沙，與沉沙池相比，不但結(jié)構(gòu)尺寸小，而且截沙率高，對(duì)于粒徑大于0.5mm的推移質(zhì)泥沙截沙達(dá)100%，粒徑大于0.05mm的懸移質(zhì)泥沙截沙率達(dá)90%以上，而平均排沙耗水率僅為3%，是一種高效排沙節(jié)水型的最先進(jìn)的泥沙處理設(shè)施。不僅可廣泛用于灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖、工業(yè)供水和人畜飲水，還可用于挖泥

3、船排出的泥漿脫水等領(lǐng)域。2全沙排沙漏斗的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理2.1全沙排沙漏斗的基本結(jié)構(gòu)　　全沙排沙漏斗一般設(shè)于渠首后的引水渠道上，其基本結(jié)果如圖1所示，主要由進(jìn)水閘、進(jìn)水涵洞、圓形漏斗室、水平懸板、調(diào)流墩、曲線形溢流堰、回水道、可調(diào)式排沙底孔和排沙廊道等結(jié)構(gòu)組成。2.2全沙排沙漏斗的工作原理　　全沙排沙漏斗之所以具有高效穩(wěn)定的排沙節(jié)水性能，是由其結(jié)構(gòu)型式所產(chǎn)生的水流特性決定的。7①進(jìn)水涵洞②漏斗邊墻③調(diào)流墩④溢流邊墻⑤懸板⑥排沙底孔⑦排沙廊道⑧引水渠道圖1排沙漏斗結(jié)構(gòu)示意圖SketchoftheSandFunnels

4、tructure當(dāng)具有一定動(dòng)能的含沙水流由進(jìn)水涵洞切向進(jìn)入漏斗室后，在漏斗圓形邊壁約束下促使水體產(chǎn)生一強(qiáng)迫渦，而漏斗中心排沙底孔的存在，由于重力作用使水體在底孔附近產(chǎn)生一自由渦；與此同時(shí)，因調(diào)流墩和水平懸板的調(diào)流作用產(chǎn)生多種副流。上述強(qiáng)迫渦、勢(shì)渦和多種副流耦合形成了穩(wěn)定的立軸型螺旋流。泥沙隨螺旋水流運(yùn)動(dòng)，由于推移質(zhì)和懸移質(zhì)泥沙在水中的運(yùn)動(dòng)特性不同，沉降輸移的路徑和距離也不同，依泥沙粒徑大小先后沉降輸移至排沙底孔，由排沙廊道輸送至河道。經(jīng)漏斗分離后的清水則由曲線形溢流堰流入回水道進(jìn)入原引水渠道，從而完成水沙分離的全過程。

5、由于空氣漏斗的存在減少了排沙底孔過水?dāng)嗝?，使沖沙水量減小。3模型試驗(yàn)裝置及測(cè)試方案3.1模型試驗(yàn)裝置　　模型試驗(yàn)裝置為一清、渾水自循環(huán)系統(tǒng)。全沙排沙漏斗模型結(jié)構(gòu)尺寸為：進(jìn)水涵洞寬30cm，高10cm，漏斗室直徑150cm，水平懸板中心角180°，板寬30cm，漏斗徑向底坡1/10，曲線形溢流堰長為漏斗室周長的四分之一，在水平懸板末端設(shè)置調(diào)流墩，排沙廊道縱坡1/50?！　y(cè)速儀器選用天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所研制的EMV-89型電磁式流速儀，該儀器既可以測(cè)試清水流場流速，又可以測(cè)試渾水流場流速。此次流場測(cè)試試驗(yàn)，清、渾水都采

6、用相同的流量，其值為0.026m3/s，渾水水流含沙濃度為35.8kg/m3。3.2測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置　　試驗(yàn)選擇8個(gè)垂直測(cè)試斷面，根據(jù)不同水深布置6個(gè)水平測(cè)試斷面，以等距離5cm布置測(cè)點(diǎn)。圖2測(cè)試斷面、測(cè)線及測(cè)點(diǎn)布置圖Layoutofthemeasuringprofile,measuringlineandmeasuringpoint7測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。4全沙排沙漏斗清水流場特性4.1清水流場切向流速分布規(guī)律　　清水流場切向流速Vθ在不同的區(qū)域其分布規(guī)律亦不同，如圖3所示。根據(jù)切向流速Vθ沿徑向的分布特性，

7、可將漏斗室流場分為兩個(gè)區(qū)域，即漏斗內(nèi)區(qū)(r0≤r≤0.6R,r0為排沙底孔半徑，r為距全沙排沙漏斗中心的距離，R為全沙排沙漏斗半徑，下同)和漏斗外區(qū)(0.6R≤r≤R)。在漏斗內(nèi)區(qū)，切向流速Vθ與r呈指數(shù)關(guān)系，Vθ隨r的增大而減??；在漏斗外區(qū)，切向流速Vθ與r呈線性關(guān)系。在靠近水面及漏斗底部一定范圍內(nèi)，切向流速Vθ沿水深方向有一流速梯度，其大小隨測(cè)線位置的不同而不同，而在中部的切向流速Vθ沿水深基本沒有變化，在漏斗內(nèi)區(qū)這一特性更為顯著，如圖4所示。圖32斷面切向流速徑向分布Tangentialvelocitydistr

8、ibutionalongradialdirectioninsection-2圖42斷面切向流速軸向分布Tangentialvelocitydistributioninverticaldirectioninsection-24.2清水流場徑向流速分布規(guī)律　　清水流場徑向流速Vr在不同的斷面上沿徑向的分布具有相同的趨勢(shì)，即隨著r的減小