拦污栅拦污水流阻力形成机理研究

泵站和水电站拦污栅阻止污物进入叶轮，保证安全运行。但拦污阻力增加泵站运行费用，减小水电站出力，严重时压跨栅体，拦污常使低扬程泵站效率下降25%以上。.研究发现：当水流流速较小时，来流污物浮于栅前水面、较松散，不附着栅面，过流面积未减小，阻力小；当水流增大到某一临界流速时，挟带力增强，污物首先紧贴靠近水面的栅面，后来的污物被水流挟带下潜至已堵栅面的下部，堵塞新过流断面，恶性循环，拦污阻力急剧增大至极限阻力。.本项目预测污物在栅前的行进规律、聚集形态，基于分形理论建立污物聚集几何模型，计算拦污流场和阻力，进行模型试验与原型观测验证，总结临界流速、极限阻力与污物特性、雷诺数、进水口形状位置和拦污栅形式等因素的关系。.本项目能揭示拦污阻力的形成机理，明确临界流速的产生条件，计算极限阻力，为进水口及其拦污清污优化提供参考，对提高泵站和水电站运行可靠性和经济性有重大意义。

本项目调研了河道内污物情况；通过实验，观测了栅前污物的运动与聚集情况，测定了拦污阻力和水流场；采用ANSYS CFX软件数值计算了拦污栅拦污流动以及拦污对泵装置内流的影响。分析了栅前水草团下潜的临界流速与相关因素之间的关系及栅前污物聚集特性和阻力形成过程。. 拦污流动模拟时，栅前聚集的水草物理模型，采用了三种形式：（1）将整个水草团看作不透水的实体，水位差与流速分布计算结果与实测结果稍有差异；（2）结合试验实测结果推算等效孔隙率，发现孔隙率很小，这是由于众多水草叶片遮挡的缘故；（3）采用分形方法表征栅前水草堆积形态。. 河道污物分为水草类，柔性片状类和硬质浮水类三种主要类型。研究结果表明，悬浮于水流中的柔性片状污物（编织物）易堵塞拦污栅面，阻水作用强。比重较小的污物（水草）堵塞拦污栅上部栅面，栅前断面上层流速小、下层流速大，流速方向向下偏转；栅后断面上层流速小、下层流速大，但流速差异更大，严重时出现明显的回流和翻滚，流态严重恶化。拦污栅拦截水草类污物时存在一临界流速使后续水草开始下潜。拦污栅拦污水头损失与污物透水性、栅前流速、栅面堵塞比、拦污栅倾角等因素有关。栅前水草团下潜临界流速与水流偏转角、水草团体积、水草团厚度、孔隙率、水草密度和压差阻力系数等因素有关。. 采用V型拦污栅和折形拦污栅，可以减小拦污水头损失，改善栅后流态。. 拦污造成局部水头损失，并因流速分布恶化造成进水流道（或进水池）沿程水头损失增加，结果造成泵装置效率降低。由于进水部分的整流作用，拦污造成的流速分布恶化不会影响到水泵进口断面的流速分布。. 课题组与国内外同行专家进行了学术交流，项目主持人赴美国Carnegie Mellon University与美国专家院士进行合作研究。在该项目的资助下，已发表论文10篇，其中SCI、EI、ISTP收录8篇，SCI期刊录用1篇，ASME国际会议录用1篇，待发表论文5篇。申请发明专利4项，实用新型专利2项，另有2项专利正在申请。培养毕业硕士研究生2名，并另有2名研究生开始相关的后续研究。圆满完成了本项目预定的研究目标与任务，并超额完成了拦污对泵站运行影响的研究。