[發明專利]一種泵站引渠及前池水體泥沙參考濃度的確定方法

有效

• 申請號: 201611071246.3
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106777558B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 陳鑫;王福軍
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;何家鵬

本發明涉及一種泵站引渠及前池水體泥沙參考濃度的確定方法，包括以下步驟：1)計算得出泵站引渠及前池水體的流速隨時間變化的關系式；2)計算泵站引渠及前池水體的最大謝爾茲數Θ_m、摩擦因子f和粗糙高度k_N；3)計算泵站引渠及前池水體的泥沙沉降速度和泥沙在輸沙層內的沉降時間與流動周期的比值Ψ；4)計算泵站引渠及前池水體的泥沙對流速的相位漂移ψ和泥沙相位的殘留α；5)計算泵站引渠及前池水體的泥沙體積分數參考濃度。

技術領域

本發明涉及一種泵站引渠及前池水體泥沙參考濃度的確定方法，屬于水利工程泵站領域。

背景技術

在泥沙設計的數值模擬中，很關鍵的一步是給出泥沙濃度方程的底部邊界條件，一般都在距離壁面2倍泥沙粒徑高度的位置提出參考濃度C。邊界條件的精度決定了數值模擬的結果精度。

精準知曉包含相位差作用和考慮泥沙體積守恒的泥沙參考濃度的大小，是準確模擬非恒定流動條件下水體挾沙率和輸沙率、判斷水泵機組磨蝕的重要基礎。現有工程中廣泛使用的參考濃度都是基于恒定流動的理論推導出來的，不包含相位差作用即泥沙運動相對于水動力條件所需要的時間響應，也未能考慮泥沙體積的守恒。這導致出現的問題是：無法體現泥沙運動相對流速的相位漂移和運動的泥沙總量在流動速度減少后的相位殘留，給計算帶來極大的誤差；泥沙濃度隨著流動條件的增大也難以達到飽和狀態，參考濃度隨流動強度太大從而失效。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種在非恒定流動條件下確定相關相位差參數和泥沙體積守恒定律來獲得泵站引渠及前池水體泥沙參考濃度的方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種泵站引渠及前池水體泥沙參考濃度的確定方法，包括以下步驟：

1)計算得出泵站引渠及前池水體的流速隨時間變化的關系式U(t)；

2)計算泵站引渠及前池水體的最大謝爾茲數Θ_m、摩擦因子f和粗糙高度k_N；

3)計算泵站引渠及前池水體的泥沙沉降速度和泥沙在輸沙層內的沉降時間與流動周期的比值Ψ；

4)計算泵站引渠及前池水體的泥沙對流速的相位漂移ψ和泥沙相位的殘留α；

5)計算泵站引渠及前池水體的泥沙體積分數參考濃度。

所述步驟1)中，這里采用2階Stokes波動理論得出泵站引渠及前池水體的流速隨時間變化的關系式。

所述步驟2)中，采用如下的式(1)～(3)計算泵站引渠及前池泥沙的最大謝爾茲數Θ_m、摩擦因子f和粗糙高度k_N，具體過程如下：

其中U是泵站引渠及前池水體的流速，下標m代表最大值；D是泥沙粒徑；T是流動周期；Θ是謝爾茲數，下標m代表最大值；f是摩擦因子；s是泥沙與水密度的比值；所在地的重力加速度g；k_N是動床面粗糙高度；

先假定最大謝爾茲數Θ_m<1，由式(3)得到粗糙高度的值k_N，代入式(2)，得到摩擦因子的值f；摩擦因子的值代入式(1)得到的最大謝爾茲數的值Θ_m若大于1則假定不成立；

根據最大謝爾茲數Θ_m>1，由式(3)得到粗糙高度k_N＝5Θ_mD代入式(2)，并聯合式(1)得到