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曝气池内气泡羽流附壁效应的试验研究

水力发电学报 2012年第4期31卷 104-107,112页

作者：肖柏青张法星刘春艳李然安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065

曝气池中气泡羽流在边墙附近的流动特征对污水处理效果的影响至关重要。为了探明曝气池中气泡羽流在附壁效应(Coanda效应)下的偏移规律,在配置有橡胶膜式微孔曝气盘的大型蓄水池中进行了曝气池模型试验。试验中利用针式掺气浓度仪测量... 详细信息

曝气池中气泡羽流在边墙附近的流动特征对污水处理效果的影响至关重要。为了探明曝气池中气泡羽流在附壁效应(Coanda效应)下的偏移规律,在配置有橡胶膜式微孔曝气盘的大型蓄水池中进行了曝气池模型试验。试验中利用针式掺气浓度仪测量得到不同工况下气泡羽流的气含率分布,进而分析得到气泡羽流的倾斜程度。试验结果表明,气泡羽流的倾斜程度主要受曝气盘距边壁的距离以及通气量影响,而与水深的相关关系并不显著。采用量纲分析方法,建立了曝气盘到边壁的距离和通气量对气泡羽流倾斜影响的数学模型。

关键词：水力学附壁效应气泡羽流曝气池

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曝气池清水曝气气泡云团形态特征

工程科学与技术 2018年第1期50卷 79-84页

作者：朱雅琴张法星许唯临四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

目前各种曝气池运行时曝气产生的气泡云团形态差别很大,气泡群时空分布不均,导致氧转移效率在曝气池中的分布存在差异,能耗高。为了弄清楚盘式曝气气泡云团的形态特征及其时空分布,利用高速摄像技术和摄影测量技术,对室内清水曝气实验... 详细信息

目前各种曝气池运行时曝气产生的气泡云团形态差别很大,气泡群时空分布不均,导致氧转移效率在曝气池中的分布存在差异,能耗高。为了弄清楚盘式曝气气泡云团的形态特征及其时空分布,利用高速摄像技术和摄影测量技术,对室内清水曝气实验模型中的气泡云团轴线长度、径向尺度和形态演化进行了观测。结果表明:实验范围内气泡云团轴线形状与水流流速分布曲线形状基本类似,气泡群轴线长度与水深之比介于1.03~1.30之间。曝气量由0.25 m3/h增大到2.0 m3/h时,气泡云团轴线长度和气泡的驻留时间先增大后减小。随着曝气量增大,气泡云团形状变得不规则,且随时间变化越频繁。多个曝气盘曝气时,上游的气泡云团会影响下游气泡云团的形态。在流向和展向上,气泡云团宽度基本相同;在水深方向上,由曝气盘向水面沿程增大,0.5 0、0.8 0处气泡云团平均宽度明显大于0.2 0处的宽度。不同水深处,气泡云团的宽度随时间随机变化;0.8 0处气泡云团宽度随时间的变化最剧烈。气泡群的平均宽度随曝气量增大而增加,曝气量为0.25、1.0、2.0 m3/h时,气泡云团的平均宽度分别为曝气盘直径的1.00~1.50倍、1.60~2.50倍和1.75~3.50倍。盘式曝气形成的气泡云团在水中可被划分为3个区域:底部的调整区、近自由面区和中部的紊动扩散区,不同区域内的气泡的受力和运动特性不同。气泡云团分区为气泡受力和运动的建模计算提供了依据。

关键词：曝气池气泡云团轴线长度扩散特性

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旋流式竖井环形掺气坎的掺气空腔计算

四川大学学报（工程科学版） 2011年第2期43卷 28-33页

作者：李瑶张法星邓军许唯临四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

通过试验对旋流式竖井的竖井段流速、压强等进行测量,计算了水流空化数。通过分析,明确了有必要在高水头旋流式竖井泄洪洞中设置掺气减蚀设施。针对旋流竖井环形掺气坎掺气空腔长度的计算问题,从旋流式竖井中水流微团的运动特点出发,运... 详细信息

通过试验对旋流式竖井的竖井段流速、压强等进行测量,计算了水流空化数。通过分析,明确了有必要在高水头旋流式竖井泄洪洞中设置掺气减蚀设施。针对旋流竖井环形掺气坎掺气空腔长度的计算问题,从旋流式竖井中水流微团的运动特点出发,运用抛射体理论,推导出旋流式竖井环形掺气坎掺气空腔长度的计算方法,同时将计算结果与试验数据进行了对比,表明给出的计算方法具有一定的精度,可供工程设计参考。在设置环形掺气坎后,对下游竖井段时均压强影响较小,脉动压强有所增大但频率分布以5 Hz以内的低频为主,不会对井壁构成威胁。

关键词：旋流式竖井环形掺气坎空腔长度掺气

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曝气池气泡羽流数值模拟及其氧转移影响

环境工程学报 2014年第11期8卷 4581-4585页

作者：肖柏青张法星戎贵文安徽理工大学地球与环境学院淮南232001 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065

结合水流大涡模拟和气泡的颗粒轨道模型建立了曝气池气泡羽流数学模型,依据实测的气泡直径分布在数学模型中设定了10组气泡尺寸。通过对曝气池物理模型的数值模拟和清水氧转移测定实验研究了气泡羽流的流动特性及其对氧转移的影响。结... 详细信息

结合水流大涡模拟和气泡的颗粒轨道模型建立了曝气池气泡羽流数学模型,依据实测的气泡直径分布在数学模型中设定了10组气泡尺寸。通过对曝气池物理模型的数值模拟和清水氧转移测定实验研究了气泡羽流的流动特性及其对氧转移的影响。结果表明,曝气池内水流在气泡羽流中心区两侧形成环流,在底部区域水流流速的方向基本上是向上的;在距曝气器0.4 m以上的高度上气泡群发生横向摆动,摆动幅度随高度增加而变大;溶解氧的分布主要由水流对流作用决定,水流的扩散作用对溶解氧的传输效果可忽略;曝气池内氧总转移系数在不同地方的相差较小,在通气量为2 m3/h,面积为3 m2的曝气池内最大相对差值约为10%。

关键词：曝气池气泡羽流数值模拟颗粒轨道模型氧转移

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基于ADV的推流式曝气池流场特性研究

四川大学学报（工程科学版） 2014年第2期46卷 29-35页

作者：张亚磊张法星张敬威郑秋文四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 华能澜沧江水电有限公司云南昆明650214

曝气池内横向水流对气泡的生成过程有明显的影响,曝气对池内流场也有明显影响。为进一步研究曝气池内流场特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)对大尺度Orbal曝气池模型内的流场特性进行了实验研究。结果表明:水流经过弯道后流速分布呈现出... 详细信息

曝气池内横向水流对气泡的生成过程有明显的影响,曝气对池内流场也有明显影响。为进一步研究曝气池内流场特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)对大尺度Orbal曝气池模型内的流场特性进行了实验研究。结果表明:水流经过弯道后流速分布呈现出内侧小、外侧大的特点,且存在横向流速;进入直段后,流速分布不断调整,内、外侧水流流速差减小,且较浅水深时,流速调整较快。开启曝气盘后与清水时相比,曝气盘上游断面,近水面处流速减小,水面下较深处流速增大;曝气盘下游断面,近水面处流速增大,水面下较深处流速减小;曝气盘下游紊动强度明显增强。

关键词：曝气池 Orbal氧化沟声学多普勒流速仪流场紊动强度

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掺气减蚀机理的研究进展及讨论

水力发电学报 2010年第2期29卷 7-10,30页

作者：张法星徐建强徐建军汪振中国水电顾问集团华东勘测设计研究院杭州310014

本文对空蚀机理及其影响因素进行了总结,综述了掺气量对空化初生和空蚀的影响,在估算空化泡的溃灭时间、冲击波的传播速度及衰减规律、微射流的直径及其速度、微射流对固壁的冲击压强和持续时间的基础上,分析了掺气减蚀机理的研究进展... 详细信息

本文对空蚀机理及其影响因素进行了总结,综述了掺气量对空化初生和空蚀的影响,在估算空化泡的溃灭时间、冲击波的传播速度及衰减规律、微射流的直径及其速度、微射流对固壁的冲击压强和持续时间的基础上,分析了掺气减蚀机理的研究进展及一些不足之处,水流掺气会导致初生空化数和空化数都增加,引起水中声速变化,但这些不能合理地解释掺气减蚀的原因。边壁附近的空化泡溃灭时,与周围空气泡的偶合作用,会改变微射流的方向,降低微射流的速度,增加空泡溃灭时间,减小冲击压强,消减传递到固壁的高强冲击荷载而减免空蚀破坏。掺气减蚀的原因是固壁附近空化泡与气泡的相互作用和含气型空化的增加更为合理。

关键词：水力学掺气减蚀综述空化泡气泡

面向航运的金沙江下游水库群中长期多目标协同调度研究

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工程科学与技术 2024年

作者：陈仕军许唯临陈作强张法星四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室四川省港航投资集团有限责任公司

随着三峡水运新通道建设后，长江川境段航道将成为金沙江下游航道与长江上游重庆段之间的卡脖子航段，制约长江黄金水道运能的发挥，长江川境段航道等级提升迫在眉睫，但传统航道整治措施受环境保护制约难以实施。在此背景下，本文开展... 详细信息

随着三峡水运新通道建设后，长江川境段航道将成为金沙江下游航道与长江上游重庆段之间的卡脖子航段，制约长江黄金水道运能的发挥，长江川境段航道等级提升迫在眉睫，但传统航道整治措施受环境保护制约难以实施。在此背景下，本文开展金沙江下游水库群中长期航运-发电多目标协同调度研究，探索利用金沙江下游梯级水库群的调蓄作用，增加枯水期长江川境段河道流量、提高长江川境段航道等级的可行性。本文以向家坝水电站最小下泄流量最大和梯级总发电量最大为目标，构建了金沙江下游梯级水库群航运-发电多目标协同调度模型，并采用逐步优化算法进行航运-发电多目标协同调度模型的求解计算。通过丰水年、平水年、枯水年的实例研究结果表明：本文所提的航运-发电多目标协同调度模型在丰水年、平水年、枯水年能够将向家坝水库的最小下泄流量分别提升43.97%、23.53%和19.48%，而金沙江下游梯级水电站群的总发电量减少分别为0.76%、1.72%和1.02%，枯水期梯级最小出力的减幅分别为36.32%、36.68%和38.03%，其对电网的发电影响相对有限，可通过其他电源予以补充。研究成果可为通过金沙江下游梯级水库群航运-发电多目标协同调度提升长江川境段航道等级提供技术支撑和决策参考，有助于长江黄金水道建设和交通强国战略的实施。

关键词：金沙江下游水库群最小下泄流量中长期调度航运-发电多目标协同梯级总发电量

重力坝下游宽尾墩和消力池联合消能工水力特性试验研究

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水力发电学报 2012年第2期31卷 49-55页

作者：刘璐张建民余飞张法星四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065

某水电站是目前采用"宽尾墩+消力池"联合消能工中坝高最大的水电工程,加之流量大,洪峰频率高,泄洪建筑物运用频繁,其泄洪消能问题十分突出。本文通过水工模型试验研究,对表孔宽尾墩体型设计参数进行了优化,同时对比分析了长、短消力池... 详细信息

某水电站是目前采用"宽尾墩+消力池"联合消能工中坝高最大的水电工程,加之流量大,洪峰频率高,泄洪建筑物运用频繁,其泄洪消能问题十分突出。本文通过水工模型试验研究,对表孔宽尾墩体型设计参数进行了优化,同时对比分析了长、短消力池的流态、水面线、压力分布、临底流速等水力特性,提出了一个水力学较优的消能工体型布置方案。实测结果表明,消力池底板时均冲击压力高达42.9(9.81kPa),脉动压力高达10(9.81kPa).恰当增加消力池长度对于降低消力池出池水流波动和减轻下游河道冲刷有利。试验成果已为实际工程的消能防冲设计提供了重要的参考依据。

关键词：水力学宽尾墩体型优化消力池压力特性试验研究

气泡尺寸对曝气池内气液两相流数值模拟的影响

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中国环境科学 2012年第11期32卷 2006-2010页

作者：肖柏青张法星戎贵文安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

为探索在曝气池气液两相流数值模拟中气泡尺寸对两相流流动特性的影响,采用大涡模拟和欧拉-拉格朗日方法建立了曝气池两相流数学模型.基于模型实验得到的工程上常用的微孔曝气盘的气泡尺寸分布,在数值模拟中设定了3种气泡尺寸分布方案,... 详细信息

为探索在曝气池气液两相流数值模拟中气泡尺寸对两相流流动特性的影响,采用大涡模拟和欧拉-拉格朗日方法建立了曝气池两相流数学模型.基于模型实验得到的工程上常用的微孔曝气盘的气泡尺寸分布,在数值模拟中设定了3种气泡尺寸分布方案,比较了不同的气泡尺寸设定方案对计算曝气池内水流流速和气含率等参数的影响.结果表明,气泡尺寸对水流流场具有较大的影响,而对气含率分布的影响在大部分区域不明显,只在气含率峰值附近影响较显著;使用多组气泡尺寸的设定方案可以提高计算结果的准确性,采用单组气泡尺寸时应尽量使其接近平均气泡直径.

关键词：曝气池气液两相流气泡尺寸数值模拟