流动浆液中宾汉剪切力变化规律^＊

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1、维普资讯http://www.cqvip.com泥抄研究1989年3月JournalofSedimentResearch第1期流动浆液中宾汉剪切力变化规律’一王虹费祥傻(精华大学)提要河遭中洪水高含抄水流和工业管道输送的高浓度浆体多数属于宾汉型流体．宾汉剪切力大小对于高含抄水流或浆体的流动特性有很大彰嫡．本文通过水槽试验，研究了流动浆液中宾汉剪切力随着水流的有效雷诺数的增加而减少的变化规律．在层流向紊流过渡时(有效雷诺数按2100计)宾汉剪切力约为静止条件下的60．当有教雷诺效达到3．5×i0‘时宾汉剪留力接

2、近为零，浆体可近似地按牛顿流体考虑．一、引言多沙河流中的高含沙洪水及长距离管道输送的浆体，都含有一定的细颗粒．这种水流或浆体一般可按宾汉体考虑．这样宾汉剪切力的大小，就成为决定流动特性的重要参数．在流动条件下，细颗粒形成的絮凝结构因承受不了流动产生的剪切作用而破坏，并维持在一个新的结构水平，这种随流动强度增加使浆体宾汉剪切力减少的现象，已引起研究人员的注意，但由于情况比较复杂尚无人进行系统的试验来定量地描述宾汉剪切力随流动条件而变化的规律．因此对一些实际问题，如高含沙水流形成伪一相流的条件是什么?长距离管道中

3、浆体的稳定输送条件又怎样考虑，泥石流中粗大颗粒是否由宾汉极限剪切力来支持等问题，往往引起争议．研究流动条件下高含沙水流或浆体的宾汉极限剪切力的变化，有助于澄清上述问题．二、流动条件下的宾汉剪切力计算图形含有一定细颗粒泥沙的高含沙水流，当含沙量大到～定程度后，便形成絮凝网状结构，可以承受一定的静切力，即宾汉极限剪切力．但絮凝阔状结构并不牢固，在水流剪切作用下，网状结构发生变化，宾汉极限剪切力将通过流核宽度变化反映出来．因此，如采用将高含沙水流看成满足宾汉体，对其本构方程积分，从流速分布公式反求的方法，就有困难．

4、因为在积分过程中，不得不假定不变，这就与实际不符．但如采用测定不同水流强度下流核太小或流速分布的方法，就可推求的变化．图l中(口)、(b)分别为水槽表面、垂向流速分布示意图．在流棱区边界，取一单位长度浆体，断面示意图如图2．流核边界线，事实上是水流的等切力线，如图2中的实线所示，这里在计算周界长丰文为第一作者在第二作者指导下所完成的碗士论文的一部丹．88维普资讯http://www.cqvip.com【b)图l东槽表面、垂向流速分布示意图图2流核断面示意图度及流核区水体面积时，为方便计，可以概化为一矩形，如图

5、中虚线所示．设作用在流核周界上的剪力为t，则在均匀稳定流动下，流核区水流在流动方向的重力与支持它的周界剪切力平衡．这样可得T[(H一．)+(b—z．)]2=2(H一．)(b—z。)J(1)或=一(H-y。)+(b-Z。)。=J(2)1‘=在二元水流条件下(如水槽宽度很大)，存在水平向的剪切力．在我们的条件下，由于宽深比不足，因此，等切应力线如图2所示．这里值得注意的是，在高含沙水流条件下，由于水流粘性高，在试验浓度Sr>0．10的条件下，水流粘性约为清出的5倍．因此，虽然在清水条件下，槽底糙率大于光滑的边壁，

6、但在高含沙水流条件下，由于粘性边界层的成倍加厚，槽底事实上也是水力光滑的．也就是说在高含沙水流条件下。本试验水槽的底部与边壁同属光滑．表1相同条件下平面与垂向流因此，有理由认为横蜥面上等剪切线距边核相对位置比较壁及槽底是近乎对称的，即可近似地认为-=1．158一=l-l94～H～bZ。／b．／HZ．／b．／H我们在相同试验条件下，从冲水毕托0．540．570．{80．4管实测垂线流速分布与表面流速分布资料0．580．610．{960．48比较，可认为上述近似是合理的，如表0．600．620．5040．肋1．0

7、．620．630．5250．52这样，式(2)改为0．650．65—百一¨mJ在流核边界处=由上式有H(b-Zo)~,f‘aar—一H十bJ(、3)，H+通过量测流核边界点的位置，从上式就可以确定在相应流动条件下的宾汉剪切力，可用以计算表征流动条件的有效雷诺数丑。等等．这一图形虽然简单，并有近似性质，但下面将论证，它与实际情况还比较符合89维普资讯http://www.cqvip.com三、试验概况试验在一长约9m的矩形有机玻璃水槽上进行，水槽断面宽15omm，高15Ommt水槽是可调底坡的．图3是试验设备布

8、置简图．幽嗵甘图3实验设备布置示意图为了增大有机玻璃水槽底部糙率，提高水槽中浆液深度，在水槽底部置有表面均匀粘有粒径为I．5rnm塑料沙的塑料板．在水槽尾部，装有可升降的控制尾门，以调节不同浓度、不同底坡情况下，明槽浆液的水深，保持浆液处于均匀流悫．在中部试验段，装有三个铡针，用以测量水槽中浆体水位和槽底坡度的变化．试验所用泥沙为花园口泥，其中值粒径为D。一0．0045rnm，比重。=2．68crn