[发明专利]一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法

权利要求书

1.一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用大涡模拟LES方法计算一体化预制泵站中潜污泵的内部流场，并与试验结果进行比较，以验证液相流动计算模型；

基于离散相模型DPM计算一体化预制泵站泵坑表面单颗粒的运动，进行高速摄影试验拍摄粒子运动，提取单颗粒模拟与试验运动轨迹，并进行对比，验证DPM模型在一体化预制泵站固液两相模拟计算上的适用性和准确性；

(2)基于验证所得LES方法、DPM离散相设置进行固液两相流计算，根据预制泵站内流场的数值模拟结果和DPM模型的迭代结果，提出评价预制泵站防沉积性能的两项指标：颗粒的沉积率DE以及泵坑表面易沉积区域的面积占比AR；

(3)基于LES和DPM模型，采用刚盖假定方法或VOF方法对一体化预制泵站内固液两相流动进行数值计算；

(4)根据DPM模型迭代计算结果可得出从进水口射入的粒子数N1、从出口处流出的粒子数N2、以及剩余的粒子沉积或悬浮在筒体内的粒子数N3，并计算出一体化预制泵站内颗粒的沉积率

(5)将泵坑表面流速云图进行二元化处理，并通过阈值分割将二元速度图二值化，基于MATLAB与图像处理函数进行标定计算，最终得到易沉积区域的实际面积。

2.根据权利要求1所述的一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法，其特征在于：步骤(1)中，由于从进水管进入的单颗粒的运动范围较大，难以控制准确的初始位置和速度，因此不能通过可视化试验获得完整的运动轨迹，因此选择分布在泵坑表面不同位置、初始速度为0m/s的颗粒进行计算，并与试验结果进行对比，以验证DPM模型在一体化预制泵站固液两相模拟计算上的准确性。

3.根据权利要求1所述的一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的一体化预制泵站内固液两相流动数值计算时，忽略壁面对固体颗粒的粘着力，只考虑颗粒由于碰撞与运动导致失速的情况下造成的沉积。

4.根据权利要求1所述的一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法，其特征在于：步骤(4)中，为了准确判断颗粒是否处于沉积状态，将长度标尺设置为10mm，最大计算步数设置为10000，即允许颗粒运动最大为100m的路程；若颗粒在一体化预制泵站筒体内运动100m还不能逃逸出筒体，则认定颗粒处于悬浮或在漩涡中打转的状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的易沉积区域的实际面积计算方法如下：

(1)根据固液两相流理论中的Govier理论，计算颗粒的沉降速度：

式中：d_s为颗粒的平均直径；ρ_l为流体的密度；ρ_s为固体颗粒的密度；

(2)计算能带动颗粒运动的临界流体速度，即混合流体流速u_m，u_m＝3u_t；

(3)通过混合流体速度将泵坑表面的流速云图进行二元化处理，流体速度小于u_m的区域即为易沉积区域，通过MATLAB图像处理函数rgb2gray和im2bw，将二元流速分布图进行二值化，并通过size、length和find函数计算易沉积面积，通过imdistline函数对泵坑表面进行标定，最终得到易沉积区域的实际面积A_d和泵坑表面面积A_a，则易沉积区域面积占比计算公式为：