新型翼片斜板取水头内部流场的数值模拟及分离性能研究

摘要

在构建低碳经济、倡导可持续发展的当今社会，水源热泵技术作为一种可靠的具有高效节能、减碳效果的可再生能源应用技术近年来在我国得到了迅速的发展。充足的水源和良好的水质条件是应用水源热泵技术的基础条件，本文以重庆主城区应用地表水源热泵技术为背景，从计算流体力学角度研究了专门针对嘉陵江、长江水质中含沙量过高而设计的新型翼片斜板取水头的内部流场及其对沙粒的分离性能，并探讨了不同入口水流速度、不同密度差、不同结构参数条件下翼片斜板取水头对固体颗粒的去除效果的优劣。
　　 本研究通过对固液两相流理论的研究与计算流体力学基本控制方程的分析，确立了采用湍流雷诺模型以及离散相模型对翼片斜板取水头中固液两相流进行数值模拟的计算方案，并以设计的中试装置的结构参数为基础对翼片斜板取水头的分离性能以及内部流场进行了数值模拟。通过计算单一粒径颗粒在翼片斜板取水头内的分离效率，得到了该新型翼片斜板取水头的分离效率图，结果表明该翼片斜板取水头对10微米级以上粒径的颗粒去除率可达40％以上；通过计算得到的流场结果显示，有压流条件下的翼片斜板取水头内部流场呈明显的平行流动和环形流动两个区域，并且环形流动的翼片格子区域内的水流速度相比于平行流动的主流区要小很多，这一特殊的流场特性对于进入翼片格内的沙粒等固体颗粒物的去除非常有利；通过对比不同入口水流速度、固液两相间不同密度差条件下该新型取水头对固体颗粒的去除效率发现，水流速度和两相密度差这两大因素对取水头的去除效率都有较大影响。论文从取水头对固体颗粒的去除规律与试验结果进行了对比验证，结果表明数值计算所得到的结果与试验结果基本吻合，从而证明了我们所建立的计算模型和选择数值计算方案的正确性。采用已被证实为正确的计算模型和数值计算方案就翼片斜板结构的主要结构参数（翼片格数N、翼片宽度B、斜板宽度h和斜板倾角θ）对固体颗粒的分离性能的影响作了研究，并就各参数对分离性能的影响作了定性分析，得出了使取水头出水所含颗粒最少时的结构参数值。论文中研究有压流条件下翼片斜板结构的取水头的内部流场和固液两相流中固体颗粒的分离效率所确立的数值计算方法，能够为实际工程中设计的类似取水头部性能的研究提供一种新的思路和可靠的方法，具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

2 数值模拟计算

3 翼片斜板取水头部数值计算及结果分析

4 翼片斜板取水头主要结构参数对分离性能的影响

5 结论及建议

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文：