漏斗式全沙排沙工程試驗研究及其應(yīng)用

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1、漏斗式全沙排沙工程試驗研究及其應(yīng)用摘要：漏斗式全沙排沙設(shè)施是一種排沙耗水量小，截沙率高的泥沙處理技術(shù)，并已在工程實際應(yīng)用中取得了良好的效果。本文通過其清、渾水流場特性分析表明，漏斗室內(nèi)部水流特性有利于水沙分離和泥沙的排除。關(guān)鍵詞：漏斗式螺旋流模型試驗原型觀測1漏斗式全沙排沙技術(shù)　　漏斗式全沙排沙設(shè)施作為一種高效、節(jié)水、經(jīng)濟的泥沙處理技術(shù)，已成功用于灌溉、發(fā)電、工業(yè)及人畜引水等諸多領(lǐng)域的泥沙處理，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，已建或待建部分工程見表1。表1部分已建和正建工程列表Listofsomesandfunnelprojects序號工程名稱引水渠流量(m3/

2、s)漏斗室直徑(m)備注1新疆迪那河引水干渠排沙漏斗工程25201988年建成2新疆托克遜縣青年渠排沙漏斗工程6121992年建成3新疆八一鋼鐵公司引水暗渠排沙漏斗工程1.791996年建成4新疆昌吉縣蔬菜基地引水渠排沙漏斗工程0.551996年建成5新疆和靜縣解放二渠排沙漏斗工程13.5141996年建成6新疆霍城縣勝利渠排沙漏斗工程0.032.41996年建成7新疆瑪納斯縣塔西河二級電站排沙漏斗工程40.91996年建成8新疆阿克陶縣吾依他克電站排沙漏斗工程14.6261997年建成9新疆奇臺縣達板河引水干渠排沙漏斗工程12121997年建成11新疆頭屯河干

3、渠改造排沙漏斗工程10121988年建成12新疆瑪納斯縣紅山嘴電廠引水渠排沙漏斗工程60301998年建成13湖南洞庭湖挖泥船排出口泥漿脫水排沙漏斗工程0.283.691998年建成14新疆巴音溝河引水干渠排沙漏斗工程4514正在修建15新疆金溝河引水干渠排沙漏斗工程3014正在修建16新疆瑪納斯河團結(jié)電站排沙漏斗工程49正在修建17四川省伊烏湖電站排沙漏斗工程715正在修建注：除表列工程項目外，已簽約擬建工程項目8項　　含沙水流沿切線方向進入漏斗室，由于漏斗室邊壁的約束以及懸板等調(diào)流裝置的影響，為三維立軸型螺旋流，在實際運行中水、沙、氣摻混流動，其流場非常復(fù)雜

4、，目前通過模型試驗、原型觀測以及數(shù)值計算相結(jié)合等方法基本探明了其水流特性[１～２]。2試驗研究2.1試驗?zāi)Ｐ汀　≡囼災(zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)尺寸為：漏斗室直徑150cm；排沙底孔直徑5.5cm；漏斗底坡1/10；進水涵洞斷面為矩形；懸板長度包含中心角180°，頂部溢流，下部設(shè)置調(diào)流墩。試驗布置了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ等八個測試斷面。模型結(jié)構(gòu)及測試斷面布置如圖1所示。2.2漏斗室水流特性　　清水流場測試結(jié)果表明，漏斗室水流為三維螺旋流，由切向、徑向和軸向三個方向的流速耦合而成，三方向流速在漏斗水流運動中分別起著不同作用：切向流速維持漏斗螺旋流的環(huán)流強度；方向向下的軸向流速

5、有利于泥沙的沉降，促使水沙分離；徑向流速促使泥沙向排沙底孔輸移。2.3泥沙對漏斗室流場的影響　　分析清、渾水流場資料得知，無論是清水流場還是渾水流場，切向流速沿徑向的分布規(guī)律和徑向流速沿軸向的分布規(guī)律基本上是一致的[３]。泥沙對漏斗室流場的影響主要體現(xiàn)在切向流速沿軸向分布規(guī)律和徑向流速沿徑向的分布規(guī)律上。圖1漏斗式全沙排沙設(shè)施示意圖Sketchofthesandfunnelstructure1.進水涵洞2.漏斗室3.引水渠4.懸板5.漏斗底孔6.調(diào)流墩7.排沙道　　圖2～5繪出了清、渾水情況下，切向流速沿軸向和徑向流速沿徑向的分布規(guī)律。　　如圖2和圖3所示，泥沙

6、對于切向流速在軸向的分布影響是明顯的，特別在內(nèi)區(qū)，渾水情況下切向流速在軸向分布更為均勻。隨半徑的增大，在漏斗室外區(qū)，清、渾水的流速分布規(guī)律則趨于一致。圖2Ⅱ斷面切向流速沿軸向分布TangentialvelocitydistributioninverticalinsectionⅡ圖3Ⅳ斷面切向流速沿軸向分布TangentialvelocitydistributioninverticalinsectionⅣ圖4Ⅱ斷面(水深2cm)徑向流速沿徑向分布RadialvelocitydistributionalongradialdirectioninsectionⅡ()圖5

7、Ⅱ斷面(水深14cm)徑向流速沿徑向分布RadialvelocitydistributionalongradialdirectioninsectionⅡ()　　如圖4及圖5所示，泥沙對于徑向流速沿徑向分布的影響較大，并且主要表現(xiàn)在漏斗室的底部，即泥沙對于徑向流速在徑向的影響只限于漏斗室底部某一水深范圍內(nèi)，該范圍的大小與斷面位置以及泥沙粒徑有關(guān)，有待進一步深入研究?！　∮缮鲜銮濉喫鲌鰧Ρ确治隹梢?，泥沙對漏斗室流場的影響集中體現(xiàn)在漏斗室內(nèi)區(qū)和漏斗室底部，也就是說，漏斗室內(nèi)區(qū)水流和底部水流受泥沙影響顯著，或者說漏斗室內(nèi)區(qū)和底部水流泥沙含量大，說明漏斗螺旋流確實具有

8、使泥沙沉積并且向漏斗底孔