临界流速计算模型对比与分析

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1、航道工程·385·临界流速计算模型对比与分析杨正军，秦亮，高伟(中交天津航道局有限公司工艺管理部天津市300,161)摘要：临界流速的计算是保证泥浆输送不发生堵管的重要依据。以某长距离输送项目施工现场三次堵管过程的操作参数数据为依托，研究了六种临界流速计算模型在预测施I：中堵管的情况的表现。将施工过程中记录的参数数据(流速、浓度等)进行分析，对比分析六种临界流速计算模型预估管道内沉降的情况和灵敏度，为以后项目前期策划中计算模型的选用提供技术指导。研究发现，疏浚技术规范公式二和Zandi模型所预测的堵管效

2、果较其他模型更准确。关键词：临界流速；堵管分析；疏滚工程管路输泥具有基建投资少、建设周期短、建设速度快、能耗小、运营费低、运输成本低运、运行能力大、效率高等特点[1一。，在疏浚工程中广泛使用。在输泥管线中一个非常重要的问题就是管道中泥沙的沉积，在流速较低的情况下，水平管道底部将会有泥沙的沉积而形成固体床，严重将会形成固定床甚至完全堵管，影响施工的安全进行。因此安全、高效施工受到了管道中沉降作用的限制，用以表征流动中沉降作用的重要参数是临界流速，准确确定临界流速也是一个重要的方面。41J。目前众多学者对临

3、界流速的定义不尽相同，再加上试验手段存在差异，试验条件各不相同，观察时的判断人为因素太高，导致了大量临界流速的计算公式有较大差别。同时在确定临界流速中受到的影响因素多，很难给出一个统一的计算公式，目前每个公式都有其适用范围。DurandE73在总结大量试验数据的基础上，提出了一种计算临界流速的计算公式。虽然该公式是在较为宽泛的粒径范围上提出的，但是在实践中发现该公式在粉土和黏土的泥浆中精度较高，在计算粉土和黏土的泥浆中得到了广泛应用。JufinEsI、MTIF⋯、天津航道局m：提出了都提供了计算临界流速

4、的计算公式，这个公式都可以适用于较粗大粒径砂的泥浆流动中。1临界流速计算模型本次分析将讨论六种计算沉降速度的公式，分别是：Durandmodel模型、Jufin～I。opatin模型、MTIHolland模型、《疏浚工程技术规范》中的两个计算公式和Zandi模型。。1．1Durandmodel模型u，一FL~／29(ss一1)D(1)式中：F，，为系数，按图1取值；s。为固体密度；g为重力加速度；D为管径。1．2Jufin—Lopatin模型ur一8·3D1j3(c州≯)Ⅲ(2)图l系数取值式中：≯为系

5、数，按表2取值；C甜为浓度；D为管径。2013年现场技术交流会论文集表1系数取值出。Jufin&Lopatin曲’Jufin粒径d／mm(1966)(1971)o．05——0．100．02040．02O。】0O．25O．093O．20．25——0．500．4040．40．50——1．000．755O．81．O一2．O1．1551．22．O一3．01．501．53．0—5．01．771．85—101．941．910一201_972．O20401．802．O40—601．682．O>601．682．O1．3

6、MTIHolland模型圹¨(5万1)面(若‰)V6--11．4疏浚技术规范公式一口。一0．928C耐o·105do·056，、／29(Ss一1)D1．5疏浚技术规范公式二训，一(90C矗)1739174D172可f172d一1741．6Zandi模型NI一等≥40其中：曲一Fr·Fril一g监D鱼V,最终得到：u，=(40C耐)1729174D172可￡172d一1741．7各公式分析(7)／糟矽夕d貔盔爹一，／r掣缫，烯矽口／．■皂／?一，乡，气1缈哆笋，形一一《．-量{·鲤，幺2陇／毋罗：一蝉坤D

7、勿多少／一掣筘一■d，，一多／，一一■田叫I雨__一／_，一／——一／√一一———t—一￡n霄目嘲董V开孵曩^I—o，一OO．2O．4O．6O．811．2DI^瞰日tpIPEUNEm图2管径和临界流速(8)Durand模型和技术规范公式一非常类似，只是技术规范公式一中给出了Durand模型中模型系数的具体算法，属于同一个。技术规范公式而和Zandi模型非常相似，只是关于浓度的项是用(40C耐)Ⅲ和(90C耐)“3的区别。其他公式之间表达形式相差较大，各有特点。2堵管工况数据分析2．1堵管工况已知参数现场

8、土质分布资料缺乏，目前只已知当地土质主要是黏土、淤泥和粗砂交互存在，而黏土、淤泥与粗砂的分层分布情况不清楚，粒径最大值可达2mm，根据现场排压数据反算平均粒径为0．5mm。下面的分析都以粒径为0．5mm进行。施工中采用了管径为800mm管道。取重力加速度为9．81。水密度1．03，现场土密度2．65。987654321O譬，E_℃a>)、，＼，)3456／●、，●＼(，L航道工程．387．2．2堵管工况各公式计算结果为了衡量各个工况下几个公