螺旋流在排沙方面的的应用，目前主要有三种方式：涡管排沙，全沙排沙漏斗排沙，平轴螺旋管流排沙。涡管排沙主要用来排除渠道底部推移质泥沙；全沙排沙漏斗排沙方式根据水流特性设计，利用螺旋流的分离机理来排除渠道泥沙(悬移质和推移质)；平轴螺旋管流利用在管间加设导叶的方式产生螺旋流来输运泥沙。前两种螺旋流排沙方式已经广泛应用于工程实践中，平轴螺旋管流排沙是新近提出的一种节能、高效的输沙方式，它处于试验研究阶段。平轴螺旋管流作为一种新型的输沙方式，克服了直流管道输送中高浓度与低能耗之间的矛盾，具有高浓度、低能耗、输送距离远和不淤积的优点。 本文在模型试验的基础上，通过对局部起旋方式下的平轴螺旋管流的流场特性进行数值模拟，而且通过对用于产生螺旋管流的圆管螺旋流起旋器的结构参数进行了分析，并对其阻力特性进行了理论分析和试验研究。本文的主要研究内容如下： 1．在局部起旋方式圆管螺旋流的起旋管段，考虑导流条边 太原理「大学硕_卜学位论文界层对水流的影响。通过对起旋管段内(尤其是一导叶部分)流速分布的探讨，分析了在弯曲导廿卜面上的边界层的变化情况，进而研究了边界层形成的阻力对螺旋流能耗的影响。因此，木’文对导叶表面边界层的变化情况进行了理论分析，并且运用数值模拟方法对边界层在导叶不同部位的发展进行了预测。 2.在局部起旋管段内部进行数值模拟，考虑水流紊动效应的影响。木文在以速度和压力为自变量{l{J微分方程Nav 1 er一StokeS方程的基础上，采用布西内斯克假一设，并借用普朗特混合长理论确定涡粘性系数，建立紊流模式的数学模型，利用有限差分法对柱坐标系下的包含雷诺应力的方程进行差分离散，建立定常条件下的三维计算模型，采用交错网格差分系统，并利用GaL!55一Seidel迭代方法来简化计算过程，最终得到起旋管段内的流场信息。 3.对局部起旋管段内部水流的受力情况进行分析，认为起旋器内部的阻力由管壁切应力，导叶切应力和导计十阻力三部分组成。木文通过对起旋器内部导叶在流场的受力分析，推导在圆管螺旋流中导廿1·带来的阻力损失，确定不同起旋器方案的起旋效率，进而优化起旋器参数，为发展高效率、低能耗的起旋方案提供依据。 2 太原理l:大学硕十学位论文 吐.通过物理模型试验对局部起旋方式平轴螺旋管流的产生即水力特性进行研究，得到了起旋器不同试验方案的流场分布特性，同时对数值模拟的结果进行了验证。将数值模拟与物理模型试验的结果进行对照分析，得到局部起旋方式平轴螺旋管流的水力特性:轴向流速在螺旋流出口的不同断面呈现类对数分布，且随着螺旋流的沿程衰减，分布曲线趋于平坦。当流量增加时，轴向流速的峰值上升且向壁面处偏移;周向速度具有旋转的对称性，在管中心处呈现近似线性分布，但流速的最大值不是在管壁土，而是偏离管壁一定的位置，而且随着流量的增加，周向速度也在增加;压强分布为靠近管轴处的压力小而管壁附近的压力大，而且压力在起旋管段的损失超过起旋器前后管段的压力损失。