【摘 要】
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分离鳃是一种节能环保的水沙分离装置，主要用于处理含有高浓度粘性泥沙的浑水。本文基于分离鳃在静水和动水环境中已获得研究成果的基础上，采用物理模型试验和数值模拟的方法从宏观和微观角度研究动水条件下分离鳃的水沙两相流流场和水沙分离效率。研究成果将为分离鳃推广应用于市政给水处理和滴灌系统水质处理提供理论和技术上的支撑，本文的主要工作和结论如下：
(1)开展了不同鳃片间距(d=5、8、11cm)的分离鳃和普通管的物理模型试验。
①不同鳃片间距的分离鳃，其水沙分离效率均比普通管高。
②不
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分离鳃是一种节能环保的水沙分离装置，主要用于处理含有高浓度粘性泥沙的浑水。本文基于分离鳃在静水和动水环境中已获得研究成果的基础上，采用物理模型试验和数值模拟的方法从宏观和微观角度研究动水条件下分离鳃的水沙两相流流场和水沙分离效率。研究成果将为分离鳃推广应用于市政给水处理和滴灌系统水质处理提供理论和技术上的支撑，本文的主要工作和结论如下：
(1)开展了不同鳃片间距(d=5、8、11cm)的分离鳃和普通管的物理模型试验。
①不同鳃片间距的分离鳃，其水沙分离效率均比普通管高。
②不同鳃片间距下的分离鳃中，水沙分离效率随时间的改变规律包含三个不同阶段，分别为缓慢增加、急速增加及缓慢增加阶段。
③当时间为10～125min时，鳃片间距d=5cm的水沙分离效率为7.87～35.12%，其分别是鳃片间距为8cm和11cm的1.25～1.43和1.37～1.77倍。
(2)采用混合物模型(Mixture Model)分别与四种湍流模型耦合模拟分离鳃中的水沙两相流流场。发现MixtureModel与RNGk—ε模型的耦合更适合模拟分离鳃中的水沙两相流场，物理试验和数值计算结果的相对误差仅为1.77%。
(3)开展了在不同鳃片间距(d=5、8、11cm)、不同浑水进水口位置(4个位置)及不同长宽比(1∶1、2∶1、3∶1、4：1)下分离鳃中水沙两相流场的数值模拟。
①无论是不同鳃片间距、进水口位置及长宽比，分离鳃中都存在双异重流现象，即水沙环绕鳃片上下表面产生的横向异重流和水沙环绕分离鳃中泥沙和清水通道的垂向异重流，其有利于水沙的分离。
②鳃片间距越小，分离鳃内双异重流越稳定，鳃片上表面泥沙体积分数就越高，清水出口的泥沙体积分数就越低；鳃片间距d=5cm的水沙分离效率最高。
③当进水口位于分离鳃底部时，水流对分离鳃的流场影响较小，且该位置的水沙分离效率最高，可达72.45％。
④随着分离鳃长宽比的增大，分离鳃底部进水口产生的紊动水流对流场影响就越小，鳃片通道中的高浓度范围也越小，顶部清水层的厚度就越大，长宽比为4∶1的分离鳃水沙分离效率最高，为90.40％。
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