一种新型旋流排沙渠道的试验研究和数值模拟

南军虎; 高欢; 汪超群; 马康宁; 罗涵; 刘一安; 李伟

doi:10.15961/j.jsuese.202100780

工程科学与技术 ›› 2022, Vol. 54 ›› Issue (06) : 116 -123. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100780

一种新型旋流排沙渠道的试验研究和数值模拟

南军虎, 高欢, 汪超群, 马康宁, 罗涵, 刘一安, 李伟

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摘要

引水时泥沙含量过高会导致一系列工程问题，为解决多泥沙河流引水时的水沙分离问题，常在渠首处设置排沙设施。旋流排沙渠道作为一种渠道排沙新技术，其综合性能和排沙效果是其推广应用的关键所在。本文采用试验研究和数值模拟相结合的方法，对旋流排沙渠道内水流的水力特性和排沙特性进行了分析。首先，采用物理模型进行试验，获得相应的水力参数和截沙率；其次，通过试验所得参数验证数值模拟的准确性，其中流速、水面线等参数数值模拟结果与试验值一致，数值模拟能够反映旋流排沙渠道内水流的运动状态；最后，结合模型试验和数值模拟对旋流排沙渠道的水力特性和排沙特性进行综合分析。结果表明：起旋室流态随渠道来流量的增加呈自由流、临界流及淹没流的流态演变序列；在淹没流流态下，排沙洞内能形成有利于泥沙悬浮卷扬的旋转水流，且对引水渠道内的流态影响很小；随着上游渠道水深增加，排沙洞的分流比呈非线性规律减小，在上游渠道内相对水深为0.97时，排沙洞的分流比仅为6.07%；上游渠道内相对水深为0.21时，排沙洞内最大流速较渠道平均流速增大了175%，对粒径为0.075～3.000 mm泥沙的截沙率达93.7%。综上所述，旋流排沙渠道是一种高排沙率、低耗水量的渠道排沙技术，成果有利于丰富引水工程中的水沙分离技术，为解决渠道泥沙淤积问题提供了新思路。