水沙非均质流水平管道流动临界速度研究.pdf

《水沙非均质流水平管道流动临界速度研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4期水利水运工程学报No．42016年8月HY腿O·SaENCEANDD岷刑ⅢcIm晒Aug．2叭6DOI：10．16198“．cnkil009一“0X．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．(zHA0Li—an，XUZhen．1iang，WANGTie—li．Experimentalstudiesoncriticalvelocitiesofsand．waterhetemgeneousnowinhorizontalpipelinesJ1．Hydm—scienceandEng

2、ineering，2016(4)：63～69．)水沙非均质流水平管道流动临界速度研究赵利安1，许振良1，王铁力2(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。

3、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：Tvl42文献标志码：A文章编号：1009—640X(2016)04一0063一07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

4、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(用比表示)。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小临界速度(用K表示)。由于测量

5、观察上的困难，许多研究者认为这两个临界速度差别不大，对其不加区分地加以研究。但严格说来，匕和％不同，不能将其混为一谈。本文基于多位学者的试验结果，对K和％的计算模型和相关关系进行了研究。1水平管道中浆体临界速度研究概况非均质流管道流动的临界速度和流动状态关系见图l。当非均质流的平均流速从悬浮状态下由大变小，直至颗粒在管底开始滚动、滑动和沉积形成固定床时的最高流速就是堆积界限速度皑1。众多学者的研究已经证实，若非均质流输送存在阻力最小点，则在阻力最小点，管内仍有沉积，一般呈现滑动床形式[2’4

6、。如图1所示，当非均质流输送速度大于堆积速度圪时，管道底部的颗粒就会连续运动起来

7、，形成滑动床运动。通常情况下，由于堆积界限速度比易于观察，因此研究较多。研究堆积临界速度k和阻力最小临界速收稿日期：2015—08—03基金项目：中国煤炭科工集团科技创新基金资助项目(2014QN040)作者简介：赵利安(1973一)，男，陕西长安人，讲师，博士，主要从事浆体输送技术与理论研究。E—mail：anlizhao@163．com水利运工程学报2016年8月度K对于管道输送工程有着重要意义，前者与管道安全运行息息相关，后者涉及到管道运输的经济性问题。New甜副研究了堆积界限速度比，其计算公式如下：¨矗l{二兰=；=13．9(云)丁c≯(1)~／29D(s—1)∥

8、式中：g为重力加速度；s为颗粒密度；d为颗粒平均粒径；D为管道直径；C。为阻力系数。式(1)表达式中缺少浓度因子，这与事实不符。因为临界速度K。随着颗粒大小、颗粒密度和固体含量的增加而增大¨3

9、。K．C．wilson提出了列线图，该图用公式可近似表示为‘6

10、：■l。IIIk吒图l非均质流临界速度和流动状态关系Fig．1Relationshipsbetweencriticalspeedsandnowstatesofheterogeneousnuid8．8[掣]oss矿，d扩v一!：!!r，，、～8晶+o．11Do7P7式中：肛。