不同无砂混凝土板在水库渗流取水中的效能试验研究与数值模拟分析

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近年来,水库及河道水资源的有效利用,对社会经济的发展发挥着巨大的作用,然而在水资源的利用过程中,由于对水资源的污染和利用方式的影响,导致可用水资源紧缺和利用效率低下。随着社会经济发展对水资源数量和质量需求的提升,采用和开发新型的开采方式,对水资源的持续和高效利用十分必要。无砂混凝土板渗流取水,是河道引水与地下水开发两者相结合而提出的一种新型取水技术。该技术在设计施工中比河道取水较为简单,同时取得的水源水质兼有地下水水质的特点,而且适用于轻度污染或含沙量大的水源,能对水源进行一定程度的净化,所以对无砂混凝土板渗流取水的有效开发,有着很大的发展前景和应用价值。为了科学有效的利用无砂混凝土板进行渗流取水,同时完善渗流取水的相关理论,本文结合山西省实际的水利工程“辛安泉取水工程”,以不同无砂混凝土板为研究对象,采用理论分析,物理试验研究和数值模拟相结合的技术路线,对无砂混凝土板在渗流取水中的选取提供了参考依据,总结分析了渗流取水中的各种影响因素及渗流取水效能的制约条件,通过研究得出以下理论成果:(1)试验得出了无砂混凝土板在不同压力水头下的取水效能变化,并分析得出了渗流取水效能对应于压力水头的函数关系曲线;(2)分析了不同容重的无砂混凝土板渗流取水效能的变化,得出了不同的水利工程取水量要求时,可以选取的相应容重的无砂混凝土板;(3)从无砂混凝土板的放置方式出发,对比分析了水平放置与竖直放置时的渗流效能差别;得出了水平放置时渗流取水效能优于竖直放置时的取水效能;但不同放置方式对应不同的取水工程,各有其优点;(4)从渗流取水系统的整体取水效能出发,对比分析了渗流系统在无砂混凝土板之上装填滤料与不装填滤料时的区别,得出了滤料对于渗流取水系统的影响效果,发现可以通过装填滤料来控制渗流取水量,实现渗流取水量的调节与控制;(5)综合分析了无砂混凝土板渗流取水效能的影响因素,采用多因素分析法得出了各个影响因素对渗流取水效能的影响程度,为渗流取水效能的调节与控制提供了依据;(6)结合渗流力学理论,采用量纲分析法得出了渗流取水量与压力水头及无砂混凝土板容重的关系,采用数据拟合试验结果得出了渗流取水量与压力水头的关系;(7)利用FLUENT软件,对不同压力水头下的多孔介质模型的垂直渗流进行了数值模拟。研究了渗流系统内部水流的压力和速度变化关系,并对该变化进行了预测。本文的研究成果为实际水利取水工程的设计与取水流量调节和控制控制提供一定的参考依据。
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