管道输沙分层结构的两层模型分析

摘要

管道输沙特性是江河湖库、港口航道疏浚工程关注的基本问题之一，国内外工程技术人员进行了相当多的理论和实验研究。本文以水平管道输送中沙、粗沙为对象，应用两层模型进行研究。中沙、粗沙由于自身粒径较大，在重力作用下，泥沙沿输送管道横截面的分布呈现上层稀疏、下层浓密的特点，据此可将整个流动简化为具有不同平均速度和平均浓度的两层流动。 文中以直径为150mm管道的若干输沙工况实测浓度分布为依据，应用两层模型方法分别对中沙和粗沙流动分层结构进行计算分析。在此基础上，总结出两层模型分界面的位置、下层浓度等参数的变化特性，利用两层模型，分别对管径为150mm和200mm的管道输沙阻力损失进行预测。研究表明：两层模型能够刻画泥沙在管道中输送的分层结构；两层模型对阻力损失的预测基本能够描述阻力损失变化情况，但对于“双峰”阻力特性预测，两层模型还有待于进一步改进。研究成果对管道固液两相流的研究有一定的参考价值，并可为疏浚工程中挖泥船泥沙输送系统的设计提供参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1管道水力输送的发展概况

1.1.1管道水力输送技术的发展

1.1.2管道水力输送的特点

1.1.3管道水力输送在疏浚工程中的应用

1.2管道水力输送研究的内容和进展

1.2.1流动状态的研究

1.2.2浓度和速度分布的研究

1.2.3临界流速的研究

1.2.4阻力损失的研究

本文研究内容

第二章管道中的泥沙运动特性

2.1管道内泥沙运动的基本形式

2.1.1悬移质的运动特点

2.1.2推移质的运动特点

2.2固液两相流阻力特性研究

2.2.1阻力变化的一般规律

2.2.2阻力损失的一般机理

2.2.3阻力损失研究的基本理论

2.3本章小结

第三章两层模型

3.1两层模型的概念

3.2两层模型中的阻力构成

3.2.1粘性摩擦阻力

3.2.2固体颗粒与管壁间的机械摩擦阻力

3.3两层模型的数学描述

3.3.1两层模型中基本参数的确定

3.3.2两层模型中的主要参数列表

3.4本章小结

第四章泥沙管道输送的分层结构

4.1管道流动分层结构的计算流程

4.2中沙管道流动分层结构分析

4.2.1中沙管道流动的浓度分布和阻力特性

4.2.2中沙管道流动的分层结构

4.2.3分层结构与流动阻力

4.3粗沙管道流动分层结构分析

4.3.1粗沙管道流动的浓度分布和阻力特性

4.3.2粗沙管道流动分层结构

4.3.3分层结构与流动阻力

4.4本章小结

第五章管道输沙阻力损失的两层模型预测

5.1阻力损失计算流程

5.2分界面位置及上、下层浓度的变化特性

5.2.1分界面位置的变化特性

5.2.2下层浓度的变化特性

5.2.3上层浓度的确定

5.2.4管道平均体积浓度的确定

5.3管道中的阻力损失预测

5.3.1 150mm管道中的阻力损失预测

5.3.2 200mm管道中的阻力损失预测

5.4本章小结

第六章结束语

参考文献

致谢