管道内污水两相流临界流速浅析.pdf

维普资讯 工程建设与设计 2006年第 2期 公用工程设计 管道内污水两相流临界流速浅析 高明，蔡增基 (重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆 400045) 摘【 要】城市排扣静茸设计中，普遍将污水视为单相流并采用最小流速准则控制排水管道中的泥沙淤积。这种设计准则存在着缺陷 营将污水视为液一回两相流体，引用著名的克诺罗兹明槽两相流临界流速经验公式以厦国内学者费祥俊提 出的浆体管道不淤流速公式， 根据相似理论，从两相流的角度对有压管道污水的不淤流速进行计算与分析。结论认为，在大多数水质条件及管径范围内最小控制流速 设计标准是可行的，但在大型管道和复杂水质条件下有待于进一步修正提出更可靠的设计准则 [关键词]液 ．固两相流；管道：不淤流速 [中图分类号]TU992，22 文【献标识码】B 文【章编号]1007—9467(2006)02—0044—02 称的的浓度分布型，这是一个均称悬浮的流动模型。 1前言 2)当流速和紊流强度降低时，颗粒能够悬浮和沉降，因 污水管道担负着城市污水的收集与输送的重要仟务， m浓度分布变形，特别是管的下半部具有更多的大颗粒，结 污水输送的畅通与否将影响到污水处理的效率以及城市的 果使在底部的颗粒与管壁发生冲击并弹回丁水流中，这是 环境卫生。现行的排水管道设计标准～般以自清流速作为 非匀称悬浮流的模型。 管道设计的最小流速来控制，最小流速往往仪根据污水管、 3)在某 速‘度下，争部颗粒冲击予管壁 ，有的颗粒并反 雨水管或台流管提出一固定值 (国内污水管道取O．6m／s，污 弹于水流 }【1。颗粒堆积于管底，先是呈个别的沙丘的形式， 水、雨水合流管道取0．75m／s)后，按单相均匀流动来处理I1·， 然后彤成连续的移动床，具有中等沉降速度的颗粒是在非 鲜有将污水当作液 ．同两相流动进行研究的报道。但是，世 均称悬浮Lfj，最低沉降速度的颗粒是在均称悬浮中，这是移 界各地排水管道的的运行历史和及近年来对排水管道泥沙 动床的流动模型。 运动规律的研究成果表明，这种设汁标准存在一定的问题 ， 4)当混合流速进一步降低时，床层最低部颗粒几乎停止 以固定的最小设计流速作为设计中的控制是基于经验而 运动，使床层增厚，由于最上层颗粒相互翻滚的原因使床层 来，没有坚实的理论与实践依据 ，具有 ’定的任意性2【]。近年 发生运动，形成淤积，其结果使流体有效断面减小，较小的颗 来，管道的淤积现象也 日益突出，我周大部分城市为防I排 粒在床层上仍然足非匀称悬浮中，这就是固定床带有跳跃和 水管道的淤堵，避免影响雨季正常排水，有关部 门平均每年 非匀称悬浮流的模型。最后当连续减低流速并建立床层时， 要对城市排水管道清淤 2次～3次，大型管道一般2a~3a 流动的压力降急剧增加，即阻力增大。如果流动减弱，可能导 清淤～次，有些中小管道甚至每月清淤 1次～2次。即使如 致管道发生堵塞。 此，在夏季大暴雨期间仍然常加剧城 大面积积水。本文首 除具有少量漂浮物外，污水在管道内的流动大致与此 先将管道内污水视为液一圃两相流，并借鉴理论和实践应 相当。 用上较为成熟的固体物料以及工、浆体的水力输送方面的 3临界流速 研究成果，结合城市污水 自身的性质与特点，根据相似理 论，从两相流角度对管道内污水不淤流速进行计算和分析。 近代科学研究成果闭指出，临界流速有下面两种定义： 第 一临界流速：管道和流梢恰好无沉积的悬浮上作状 2管道中两相流的物理模型