浆体管道低速段水力坡度的研究

浆体管道低速段水力坡度的研究 第3期 2011年9月 水力采煤与管道运输 HYDRAULICC0ALM[INING&PIPELINETRANSPORTATION No.3 Sep.2011 浆体管道低速段水力坡度的研究 张士林 (中国煤炭科工集团武汉 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究院湖北武汉430064) 摘要:从清水与浆体颗粒之间的动量传递入手,分析了管道内沉降性浆体流动时清水与固体 颗粒之间的相互作用关系,分别得到了搬运流体的速度分布,固体颗粒的速度分布和整个浆 体的速度分布.同时,根据固体颗粒的起动条件,研究在不同的水力坡度下,淤积层厚度的变 化规律.将所得数学模型用于浆体管道流动参数计算,计算结果与试验实测数据吻合较好. 关键词:淤积层厚度速度分布水力坡度沉降性浆体 中图分类号:TD37文献标识码:A文章编号:l006—0898(2011)03—0001—03 浆体管道输送固体物料作为一种运输方式, 由于具有经济,连续运输,耗能少,占地少,不污 染环境,不阻碍交通等一系列优点,在国内外有 很大的应用前景.随着浆体管道输送技术的发 展,需要了解低流速的输送机理,定量分析浆体 从低流速到高流速的发展过程,从而为解决浆体 管道淤积,确定浆体的临界速度提供理论依据. 1速度分布… 速度分布模型是从相互发生动量传递的清 水和固体颗粒的质量及其在它们之间发生的动 量传递关系等出发,分析研究水平管道内沉降性 浆体流动时,清水与固体颗粒之间相互作用机 理,在基本弄清清水搬动固体颗粒机理的基础上 得到的预计其分布的模型. =qv+(1一q) / Uw一? …+ (Uw一Jfn)'一+l一J 式中:为浆体流速;为固体颗粒的速度;t, 为管道流动中水平均速度;为固液两相介质动 交换前水的速度;q为固体颗粒浓度;为固液 密度比. 2堆积密度及厚度, fL隙率为群体颗粒中的孔隙体积与总体积 之比,以占 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示.堆积密度系群体颗粒中的固体 体f』j总体积之比,以C‰表示,所以两者的关系 为:' +CI=1 颗粒群的孔隙率因颗粒大小,均匀程度,形 状,堆积状况及堆积后受力大小和历时久暂而有 差别.在相同的堆积条件下,孔隙率或堆积密度 实际上是颗粒大小,均匀程度及颗粒形状的综合 反映,因此是十分有用的描述颗粒群体特性的参 数. 固体颗粒沉降形成固定床,在自然条件下颗 粒排列是随机的,因而接近中等紧密程度,其堆 积密度为C6=71.r3几6. U 在一定条件下固体颗粒以成层方式运动,这 种输送方式称为层移(或称为移动床),这时颗粒 与颗粒之间的剪切力成为颗粒运动的主要支持 力.层移层的体积比固体浓度用q表示,它近 似于固体颗粒松散堆积时的浓度,即C= o d凡. 2.1颗粒滑,跳移状态下浆体的浓度 固体颗粒离开床面向前滑动或滚动,它们在 运动中经常与床面保持接触.由于颗粒的相互 作用及床面的高低不平,在一定流速下颗粒又以 跳跃形式向前推进.跳跃的高度,距离及跳跃一 次后停留在床面的时问,因水流强度的不同而改 变,所以这种运动的颗粒又称跃移质.以上这种 滑,跳移颗粒又统称为推移质.推移质运动的支 持力来自颗粒问相互作用的粒间离散力,在数值 上即为固体颗粒自身的水下重.离散力通过固 体颗粒直接传递到床面. 夏震寰,戴继岚对滑,跳移颗粒层进行了深 入的研究,认为滑,跳移颗粒层(即推移层)的固 体颗粒浓度近似于固体颗粒松散堆积浓度的0.8 护评驴护述驴护题护驴专《》 & 2011年9月水力采煤与管道运输第3期 倍,即g=0.8_?"/1"3n. 2.2滑,跳移颗粒层的极限厚度 夏震寰,戴继岚认为滑,跳移颗粒层(即推移 质层)的极限厚度与两相流体的流动特性,颗粒 特性和浓度密切相关.根据大量的实验数据得 到了计算推移质层极限厚度的经验公式为: 6=D(0.425一?)>1.0 }zn?)?<1.0 6=D(0.393一 式中:D=4R(R为水力半径);N为相对雷诺数. 相对雷诺数的计算公式为: ?:R ep 式中:R为两相流动雷诺数;Rep为固体颗粒雷 诺数.它们的表达式为: R==——op~,VaD Rep: 13o 式中:p为两相体密度;Vm为两相体平均流速; 为两相体粘度;为固体颗粒的自由沉降速 度;D为固体颗粒的有效直径;.为清水的运动 粘滞系数. 3颗粒起动和层移运动 3.1固体颗粒的起动条件 固体颗粒由静止状态离开床面进入运动的 水流条件简称起动条件,对于无粘性均匀颗粒的 起动条件如图1所示. /' . D 图1起动条件不恿 考虑在固体颗粒直径为D,床面流速为t,., 固体颗粒受到水流拖曳力F.,上举力F及自身 有效重力的条件下,开始进入运动的条件应 是: FD?留(W一F,) 2 式中:为固体颗粒间的内摩擦角. 3.2固体颗粒发生层移的条件 固体颗粒在管底作层移运动时的简图如图2 所示,设淤积层厚度为b. 图2层移运动不意图 层移层(或移动床)的受力情况:?Is(P.一 P:)为管道两端的压差形成的压力;为层移层 上面流体对层移层的剪切力;q'bO为层移层所受管 道边壁的剪切力. 则层移层的发生条件为: ?.s(P1一P2)+r6ABI?606oZ 式中:?5为层移层截面面积;庙为图中直线AB 的长度;的为圆弧AB的弧长. 4求解步骤与过程 计算淤积层厚度与水力坡度的关系的具体 步骤如下: 图3计算过程 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 5试验验证及结论 为了检验本 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的正确性,对若干实例进行 张士林:浆体管道低速段水力坡度的研究第3期 了计算.已知试验条件如表1所示.值进行比较,如图4所示. 将用本计算方法算出值与试验测得的试验 表1试验参数一览表 实验序号径 ) 颗密面积指试料种类D管 ( 内 cm 径 )dem/gemKi()p'' 0.22.651.5粗沙3 0.22.651.5粗沙3.2 0.12.671.5砾石2.5 0.12.481.0玻璃球5.0 淤积层厚度 b(ca) O.5 0.5 0.4 O.1 图4计算值与试验值对比图 图4中的实线表示的是试验数据绘制的曲 线,实心矩形表示的是计算值.从图中可以看 出,计算值与试验数据吻合较好,最大误差不超 过5%.. 通过试验比较可以得到如下规律: (1)管径越大,水力坡度越小; (2)固体颗粒越大,密度越大,水力坡度越 大; (3)淤积层厚度越大,水力坡度越大; (4)图中水力坡度最小点就是耗能最小的 点,相对应的平均速度就是最节能的输送速度. 因此,本项研究是从理论出发,结合数学模 型,根据实际现象,模拟整个淤积层从启动到消 失的发展过程,具有通用性,不但可以研究淤积 层厚度与水力坡度的关系,还可以确定临界速 度.大量的试验证明,本方法能够反映实际情 况,有较广泛的适用性. 参考文献 [1]许振良.非均质流速度分布与水力分布的研究.博士 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 , 东北大学,1999 [2]Rose,H.E.andDuckworth,R.A.TransportofSolidParticles inLiquidsandGases.TheEngineer21Marchl969,226 (12),430—434 [3]Turian,R.M.andYuan,T.FlowofSlurriesinPipelines. AICHEJournal,1977,23(3),232—243 [4]费祥俊.浆体与粒状物料输送水力学.北京,清华大学出版 社,l994,169—180 [5]0"Brien,M.P..ReviewoftheTheoryofTurhulentFlowand ItsRelationshipstoSedimentTransportation.AmericanGeo— phys.UnionTrans.1933,14,487—491 [6]王兆印,钱宁.粗颗粒高含沙两相紊流运动规律的实验研 究.北京,中国科学,A辑,1994(8),766—773 作者简介: 张士林(1974一),男,辽宁新民人,副教授,博士,主要从事 浆体管道输送的设计和研究工作. 收稿日期:201l一03—08 欢迎投稿欢迎订阅 欢迎刊登广告1 3