微灌用沉沙池的工作特性及数值模拟

摘要

微灌用沉沙池是为了直接利用地表水资源作为微灌系统灌溉水源而提出的一种泥沙处理技术，它与现行的微灌系统水沙处理设备一起配套使用，专门用于微灌系统，主要对悬移质泥沙进行处理。该技术具有适应性强、处理泥沙能力高、投资较少等特点，因此在新疆等一些地面水资源丰富但含沙量大的西北地区有广阔的应用前景。
　　 本文在实地调研和阅读相关文献的基础上，总结了国内外沉沙池的研究现状，分析了其中存在的问题，明确了本课题的研究内容；根据水力相似性原理，建立了微灌用沉沙池模型。在室内模型试验和理论分析的基础上，结合原型观测资料与数值模拟计算结果，对微灌用沉沙池进行了深入研究，得到的主要结论有：
　　 (1)为了使沉沙池内水流流场分布有利于泥沙的沉降，对传统沉沙池进行了优化设计，在沉沙池工作段首部加设调流墙来对入池水流进行调节，对其调节机理进行了分析研究，并通过室内模型试验验证其调节效果。对试验结果进行分析，表明经过调流墙调节后的水流流场分布更有利于泥沙在沉沙池内的沉降，可为工程设计提供参考。
　　 (2)从理论上分析了溢流槽对沉沙池出池水流含沙量的影响规律，对溢流槽长度和堰上水头之间的关系进行了试验研究，得到了二者之间的定量关系式，并用原型观测数据验证了该关系式的实用性。
　　 (3)运用Fluent软件对建立的二维沉沙池模型进行了流场的数值模拟。通过模拟结果与实际测量结果的对比分析发现，标准κ-ε湍流模型能很好地模拟沉沙池中水流的流动过程。采用湍流模型对沉沙池内的水流流态进行了数值模拟，结果表明：由于调流墙对水流的调节作用，泥沙沉降区域的流态较稳定，有利于泥沙的沉降。
　　 (4)通过对微灌用沉沙池在生产实际中的应用展开了研究，并在几个方面与传统沉沙池做了比较，结果表明，微灌用沉沙池可以大大提高泥沙的沉淀效率，出池水流平均含沙量最大降幅可达95％，特别是对细颗粒泥沙的沉降具有很好的效果，使出池水流含沙量更小，具有广阔的应用前景，值得在更大范围内推广。