污水處理廠尾水壓力輸送瞬態(tài)數(shù)值模擬及應(yīng)用方案

【摘要】：水錘現(xiàn)象造成的危害直接影響著壓力輸送管道的安全性。近年來(lái)，我國(guó)污水廠不斷興建，長(zhǎng)距離尾水壓力排放成為集中處理污水的主要排放方式，由于開停泵造成的水錘問(wèn)題隨之而來(lái)。污水廠尾水工程與水廠取水工程雖然都采用壓力管道，而且排放目標(biāo)為自由邊界，理論上發(fā)生水錘事故的概率小于給水管網(wǎng)；但是由于之前有曝氣過(guò)程的存在，尾水中含氣量普遍大于自來(lái)水。氣體的存在會(huì)對(duì)水錘造成多方面的影響。傳統(tǒng)的水錘解決方案是否適用于這種特殊情況，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。 本文利用一維軟件Flowmaster以及三維軟件Fluent對(duì)實(shí)際尾水壓力輸送工程進(jìn)行瞬態(tài)數(shù)值模擬，總結(jié)各種常見工況下管道壓力的變化，并通過(guò)設(shè)置不同空氣閥的直徑、布置形式以及入水含氣量模擬計(jì)算，分析探討了不同情況下的空穴大小、水錘壓力。 模擬結(jié)果表明，停泵對(duì)無(wú)空氣閥的系統(tǒng)造成的沖擊最大。一臺(tái)正常運(yùn)行，另一臺(tái)開停對(duì)有空氣閥的系統(tǒng)造成的沖擊最大；同時(shí)運(yùn)行臺(tái)數(shù)越多，一臺(tái)開停對(duì)管道造成的沖擊越小，而變頻無(wú)論在任何條件下對(duì)管道造成的沖擊是最小的。當(dāng)含氣量為‰時(shí)上凸型管段產(chǎn)生的空穴最大，即彌合水錘最高；隨著含氣量的增加，氣體的析出對(duì)水錘有一定的緩沖作用，減小水錘壓力；但是氣體的析出會(huì)造成截留氣團(tuán)的形成，水流對(duì)截留氣團(tuán)的沖擊反而會(huì)增加水錘壓力。含氣水錘中含氣量與現(xiàn)實(shí)不同工況水錘壓力關(guān)系需要進(jìn)行多方面的計(jì)算綜合確定。 本文同時(shí)提出了關(guān)于該工程實(shí)例的空氣閥布置的優(yōu)化及整體應(yīng)用方案。研究方法可以作為尾水壓力管道數(shù)值模擬的參考方法進(jìn)行改進(jìn)，從而應(yīng)用于更多工程的數(shù)值模擬。研究結(jié)果為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供了有益的參考依據(jù)和技術(shù)支持，將進(jìn)一步提高污水廠尾水壓力管道設(shè)計(jì)水平。 【關(guān)鍵詞】：Fluent Flowmaster 尾水管道 含氣水錘 空氣閥 截留氣團(tuán)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU992.22
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 引言11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本研究的目的和意義13-14
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線14-15
• 1.4.1 論文研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.4.2 論文技術(shù)路線15
• 1.5 論文創(chuàng)新點(diǎn)15-17
• 第2章 水錘計(jì)算方法及原理17-27
• 2.1 水錘的基本微分方程17-18
• 2.2 特征線方程18-20
• 2.3 汽化現(xiàn)象及氣體對(duì)水錘的影響20-21
• 2.3.1 汽化現(xiàn)象的產(chǎn)生和危害20
• 2.3.2 水中含氣對(duì)壓力波傳播速度的影響20-21
• 2.4 FLOWMASTER 簡(jiǎn)介21-22
• 2.5 FLOWMASTER 計(jì)算原理概述22-25
• 2.5.1 管道線性化22
• 2.5.2 線性化阻抗損失系數(shù)的確定22-23
• 2.5.3 管網(wǎng)系統(tǒng)線性方程組推導(dǎo)23-25
• 2.6 管道模型的選擇25-27
• 第3章 空氣閥對(duì)瞬態(tài)過(guò)程的影響的模擬27-53
• 3.1 空氣閥的作用及其數(shù)學(xué)模型27-28
• 3.1.1 空氣閥的作用27
• 3.1.2 空氣閥的邊界條件27-28
• 3.2 模型的建立28-32
• 3.2.1 實(shí)際工程簡(jiǎn)介28-29
• 3.2.2 尾水輸送工程的 Flowmaster 模型及其簡(jiǎn)化29-32
• 3.2.3 瞬態(tài)模擬工況介紹32
• 3.3 模型無(wú)空氣閥時(shí)各種工況模擬結(jié)果32-38
• 3.4 模型布置空氣閥后時(shí)各種工況模擬結(jié)果38-47
• 3.4.1 空氣閥直徑的合理選擇39-41
• 3.4.2 空氣閥的合理布置41-42
• 3.4.3 布置空氣閥后各種工況模擬結(jié)果42-47
• 3.5 工程案例中現(xiàn)有空氣閥設(shè)置的評(píng)價(jià)47-49
• 3.6 模型采用不同水錘波速模擬結(jié)果49-52
• 3.7 本章小結(jié)52-53
• 第4章 氣體對(duì)瞬態(tài)過(guò)程影響的模擬53-75
• 4.1 計(jì)算流體力學(xué)（CFD）概述53-54
• 4.2 前處理軟件 GAMBIT54
• 4.3 FLUENT6.2 軟件簡(jiǎn)介54-58
• 4.3.1 基本方程55
• 4.3.2 離散格式55-56
• 4.3.3 湍流模型56-57
• 4.3.3.1 大渦數(shù)值模擬（LES）56
• 4.3.3.2 雷諾平均模擬（RANS）56-57
• 4.3.4 多相流模型57-58
• 4.3.4.1 DPM 模型57
• 4.3.4.2 VOF 模型57
• 4.3.4.3 Mixture 模型57
• 4.3.4.4 Eulerian 模型57-58
• 4.4 模型的建立58-59
• 4.4.1 幾何模型的建立58-59
• 4.4.2 網(wǎng)格的劃分59
• 4.4.3 邊界條件的設(shè)置59
• 4.5 求解條件的設(shè)置59-63
• 4.5.1 控制參數(shù)的設(shè)置59-60
• 4.5.2 空穴模型的設(shè)置60-63
• 4.5.2.1 水汽質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水汽交換60-61
• 4.5.2.2 湍流引起的壓力波動(dòng)61
• 4.5.2.3 不可壓縮氣體的影響61-62
• 4.5.2.4 對(duì)于收斂穩(wěn)定性的控制62-63
• 4.6 含氣量對(duì)瞬態(tài)過(guò)程影響的模擬結(jié)果63-72
• 4.6.1 上凸型管道瞬態(tài)過(guò)程模擬63-66
• 4.6.2 含氣量對(duì)上凸型管道中空穴的影響66-68
• 4.6.3 下凹型管道中瞬態(tài)過(guò)程模擬68-70
• 4.6.4 含氣量對(duì)下凹型管道中空穴的影響70-72
• 4.7 截留氣團(tuán)對(duì)瞬態(tài)過(guò)程影響的模擬結(jié)果72-74
• 4.7.1 沖擊截留氣團(tuán)的概念72-73
• 4.7.2 沖擊截留氣團(tuán)對(duì)管道的影響73-74
• 4.8 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論與展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 致謝80

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