正向泵站前池水沙两相流流态及其对开机组合的响应机制

作     者：王海东 许栋 冉启华 袁赛瑜 唐洪武 

作者机构：河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2022YFC3200032) 国家自然科学基金资助项目(52179076,U2340221) 

主　　题：泵站 两相流 正向前池 开机组合 流速均匀度 偏流角 

摘      要：泵站前池中存在复杂的水沙两相流结构，开机组合方式对水流流态与悬移质泥沙运动规律的影响尚不明确。针对该问题，该研究采用Mixture多相流理论和Realizable k-ε紊流模型，模拟不同开机组合条件下的泵站前池水沙运动，分析前池内各个漩涡流区域特征及其形成机理，预测泥沙淤积范围，同时利用多普勒流速剖面仪（acoustic doppler current profilers）等仪器对前池内流速与泥沙淤积进行测量，验证数值模拟结果。在此基础上，分析了典型正向前池泵站5组不同开机组合下的两相流流态，结果表明：前池内漩涡区域致使悬移质泥沙向正向前池边壁区域运移，漩涡流速下沉加速悬移质泥沙沉降；已经形成的泥沙淤积体对泵口流态影响存在明显空间异质性，中间区域水泵受影响程度低于两侧水泵，开机组合工况优化大幅减小了水流偏流角度，提高了前池流速均匀度，降低了前池内泥沙含量。研究成果可为抑制漩涡区域与泥沙淤积对正向泵站前池的危害和泵站优化运行提供理论支撑。