水沙非均质流水平管道流动临界速度研究-水利水运工程学报.pdf

第４期 水 利 水 运 工 程 学 报 Ｎｏ．４ 　 ２０１６年８月 ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ａｕｇ． ２０１６ － ＤＯＩ：１０．１６１９８／ ｊ．ｃｎｋｉ．１００９ ６４０Ｘ．２０１６．０４．００９ － 赵利安，许振良，王铁力． 水沙非均质流水平管道流动临界速度研究［Ｊ］． 水利水运工程学报，２０１６（４）：６３ ６９． （ＺＨＡＯ Ｌｉ⁃ ａｎ，ＸＵ Ｚｈｅｎ⁃ｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧＴｉｅ⁃ｌｉ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ｏｆ ｓａｎｄ⁃ｗａｔｅｒ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｆｌｏｗ ｉｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ － ［Ｊ］． Ｈｙｄｒｏ⁃Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６（４）：６３ ６９．） 水沙非均质流水平管道流动临界速度研究 １ １ ２ 赵利安 ， 许振良 ， 王铁力 （１． 辽宁工程技术大学 矿业学院采矿工程系， 辽宁 阜新　 １２３０００；２． 中煤科工集团武汉设计研究院有限公 司管道输煤所， 湖北 武汉　 ４３００６４） 摘要：为研究水沙非均质流管道流动的临界速度，在分析前人非均质流管道输沙试验研究成果的基础上，利用 数据回归方法建立水沙非均质流管道流动的堆积界限速度计算模型，同时通过分析费祥俊阻力公式，采用求导 方式，给出了水沙浆体阻力最小临界速度计算式。 然后利用相关学者的若干组数据，对所提出堆积界限速度和 阻力最小临界速度的计算值和试验值进行对比。 结果表明，作者提出的堆积界限速度和阻力最小临界速度的 预测值与实测值的偏差大都不超过 １５％。 最后分析了堆积界限速度和阻力最小临界速度随颗粒粒径、管道直 径和浆体输送浓度变化的规律，得出随着颗粒粒径减小，两者差距逐渐变小；随着管道直径变大，两者差距逐渐 变大；随着输送浓度变大，堆积界限速度呈略微变小的趋势，而阻力最小临界速度则呈显著增大的趋势。 关　 键　 词：水平管道；非均质流；堆积界限速度；临界速度 － － － 中图分类号：ＴＶ１４２　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１００９ ６４０Ｘ（２０１６）０４ ００６３ ０７ 目前，水库及河流疏浚工程、填海造地工程、尾矿输送工程等都不同程度地涉及到管道输沙技术。 利用 管道输送泥沙，当输送流速降低到一定程度时，泥沙颗粒就会在管道底部淤积，形成滑动或固定的床层。 管 道底部有泥沙淤积时，不仅会造成管道磨损、泄露，而且会造成管道堵塞，管路报废。 因此，实际工程中应采 取技术措施，防治泥沙等输送物质在管道底部淤积。 另一方面，水沙非均质流输送速度过大，会造成能量浪 费，不经济。 从这两个方面来讲，管道输沙需考虑临界速度，显然，研究临界速度很有意义。 管道输沙时，当输送速度降低到一定程度，颗粒就会在管道底部淤积，形成固定的床层，此时的非均质流 平均速度称为堆积界限速度（用Ｖ 表示）。 浆体管道输送能量消耗最小时对应的浆体平均速度称为阻力最 ｃｄ 小临界速度（用Ｖ表示）。 由于测量观察上的困难，许多研究者认为这两个临界速度差别不大，对其不加区ｃ 分地加以研究。 但严格说来，Ｖ 和Ｖ 不同，不能将其混为一谈。 本文基于多位学者的试验结果，对 Ｖ 和Ｖ ｃ ｃｄ