[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

说明书

本发明公开了一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法。本发明的过程为：采用LES计算一体化预制泵站中潜污泵的内部流场，并与试验验证；基于DPM模型计算一体化预制泵站内单颗粒运动轨迹，并与试验结果进行比较，验证离散相模型的适用性；提出评价预制泵站防沉积性能的两项指标：颗粒的沉积率以及泵坑表面易沉积区域的面积占比；采用刚盖假定或VOF方法对一体化预制泵站内固液两相流动进行数值计算；根据迭代结果计算出颗粒的沉积率；将泵坑表面的流速云图进行二元化及二值化处理，基于MATLAB与图像处理函数得出易沉积区域的实际面积。本发明提出了一体化预制泵站沉积特性计算方法，为研制防淤积型一体化预制泵站提供了理论依据。

技术领域

本发明属于流体机械设计领域，特指涉及一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法。

背景技术

一体化预制泵站是一种集潜污泵、泵站设备、除污格栅设备、控制系统及远程监控系统集成的一体化的产品。其特点为机动灵活，建设周期极短，安装简便，可以实现无人值守，远程监控的功能，适合应用在城市污水处理中。不过由于预制泵站高度集成化和自动化的特点，人工清理周期通常以月计，泥沙和杂物一旦沉积，很长时间内将得不到有效清理，这会极大影响预制泵站内部的流态，缩小有效容积，从而减小排污输水的效率。

由于外接清洗装置操作复杂且需要额外供能。因此改进泵坑结构以实现一体化预制泵站的自清洗是目前的研究方向，具有节能以及普适的优点。如申请号为201510281280.2的发明专利在圆筒泵坑底板中心区域设置圆锥面为凹曲面的防淤椎体，减少了在潜污泵进口底部的沉积。申请号为201510281190.3的发明专利在曲面筒底内设置了8-12个逆时针圆弧肋条，逆时针圆弧肋条围绕曲面筒体中心均匀分布。申请号为201520558637.2的实用新型专利设计了一种弧形的进水加速通道，水流自弧形通道进入圆柱形内腔时在内腔中可以形成旋转水流，以此使水流的流速增加。

虽然目前自清洗防沉积设计方案众多，但尚未有简单高效的方法来证实其设计的有效性。随着计算流体力学的发展，数值模拟被广泛运用在水力机械的结构设计中，而目前一体化预制泵站内固液两相研究还未见公开报道，因此提出适用于一体化预制泵站内部沉积特性模拟的计算方法对防沉积泵坑设计具有极大的指导意义，可以从而降低设计的试错沉没成本。

发明内容

本发明旨在提供一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性计算方法，通过结合固液两流计算、试验测量和图像处理技术来计算一体化预制泵站内颗粒的沉积率以及泵坑表面易沉积区域的面积占比。

为达到以上目的，采用如下技术方案：

一种基于DPM模型的一体化预制泵站沉积特性的计算方法，包括以下步骤：

(1)采用大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)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(Discrete Phase Model)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(volume of fluid)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N3，并计算出一体化预制泵站内颗粒的沉积率