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Flow-3D沟槽式泵池中的液压跳跃设计

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水跃现象是从事明渠设计的人员所熟悉的一种流动现象。 水跃也就是“明渠流量突然从超临界转变为亚临界的情况”在跳跃发生的位置,可以观察到速度头被水面高程的提升所取代。在溢洪道等流量控制应用中,有意设置水跃作为耗散能量以减轻侵蚀的手段。水跃现象产生的驻波被用来训练冲浪者在距离任何海洋数千英里的冲浪公园中骑行。水跃现象的一个新应用是在自清洁沟槽式泵池中,跳跃的能量传递重新悬浮并带走在正常泵送操作期间沉淀下来的固体。Flow-3D可以模拟相应现象,并给出准确结果。

模拟沟槽式污水泵

模流分析软件FLOW-3D 已被证明是模拟水跃的可靠工具,并已用于自清洁沟槽式泵池的设计和演示。沟槽式泵池包括一条带有一排泵入口的狭窄通道。一个典型的应用是雨水收集,其中没有进水滤网来过滤掉进水中的砂砾和砾石。下面的示意图中给出了一个示例。

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雨水收集示意图

此图取自 ANSI/HI 9.8 泵进水口设计手册,显示了安装了四个泵的集水坑的平面图和立面图。进水涵洞、集水坑底板和泵吸离底板高度的布置对于这种设计类型的自清洁能力至关重要。请注意,流入涵洞的高度高于最低操作水池水位。此外,流入端的沟壁呈八字形。最后,沟槽最远(右)端的水泵进水喇叭口设置为上游水泵高度的一半。

暴风雨后积水处理设计

暴风雨过后,砂砾和砾石沉积在污水池底板上。他们通过渐进式液压跳跃重新悬浮和抽离。在清洁周期中,水被位于沟渠远端的下部泵以比通过流入涵洞进入的速度更高的速度抽出。当水降到最低正常运行水位以下时,流入的水沿着 ogee 形壁加速并最终变成超临界。一旦集水坑中的水位接近地面,就会形成水跃并沿着集水坑前进,直到下部远端泵失去吸力。如下所示 cfd计算流体力学软件Flow-3D 模拟动画

在此序列中,水跃起着两个重要的作用。跃迁上游的超临界部分冲刷砂砾和砾石的污水池底板,从而重新悬浮以将其抽走。根据动画中的色标,能够知道反弧底部的冲刷速度接近 9 英尺/秒。同时,跳跃下游的水位升高为下端泵提供了足够的浸没以继续运行,直到泵被抽出。

Magnolia雨水泵站

模流分析工具FLOW-3D 用于这种自清洁应用程序池意味着可以轻松调整沟槽几何形状以优化水跃动作。 德克萨斯州埃尔帕索的 Magnolia 雨水泵站 就是一个 使用FLOW-3D 作为设计和评估工具的例子。Magnolia 雨水泵站于 2016 年投入使用,旨在消除大雨期间 10 号州际公路的洪水。Magnolia 站包括三个大型立式涡轮泵,位于一个自清洁沟槽式污水坑中。在油槽设计过程中,使用流体仿真分析FLOW-3D评估了几种几何变化从而达到泵运行效率和通过其自清洁能力易于维护的理想配置。

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