管道双车在不同车间距下的后车流场特性研究

为进一步探讨筒装料管道水力输送过程中管道双车在不同车间距下缝隙螺旋流流场特性,采用模型试验、理论分析相结合的方法,对双车间距分别为10、30、50、70、90 cm工况条件下管道双车中的后车缝隙螺旋流流场特性进行了研究。试验采用两个相同型号的管道车模型在水平有机玻璃圆管内完成,流量恒定控制为30 m~3/h。研究结果表明:管道双车合理间距为50~70 cm;车中断面轴向速度极差与管道双车间距相关性较大,车间距越大,极差越小,并逐渐趋于稳定,而轴向速度上界与间距无关;切向速度比轴向速度小,切向速度的不均匀系数比轴向速度的大。     

同型管道双车在不同流量条件下的缝隙流轴向流速特性研究

为丰富筒装料管道水力输送理论,对同型管道双车在不同流量条件下的缝隙流流速特性进行了研究。结果表明:流量增大,缝隙流流速也随之增大;缝隙流轴向流速沿着水流方向呈现先逐渐增大,后趋于平稳,再逐渐减小的规律;在同一测环不同极轴角度上,缝隙流的轴向速度变化波动幅度较小,在棱角为180°时出现速度的最小值;管道双车的前车和后车断面缝隙流流速随着测环半径的增大,速度变化趋势先逐渐增大,后趋于平稳,再逐渐减小。     

基于圆管螺旋流的物料仓水力输送试验研究

圆管螺旋流水力输送物料仓系统将管道水力输送技术和螺旋流输固机理相结合,减少了水质污染、管道易堵塞磨损和耗能高等缺点。通过物理模型试验,研究了多种水流、边界因子对物料仓输送速度的影响。结果表明：系统中局部起旋管导流条安放角为45°时物料仓的输送速度最高,随着流量的增大输送速度增大,而随着物料密度的增大,物料仓的输送速度呈现减小的趋势。研究结果揭示了水流流量、物料仓密度对物料仓输送速度的影响程度,为圆管螺旋流水力输送物料仓系统的优化设计提供一定参考。     

不同距径比下管道后车环隙螺旋流脉动强度特性

筒装料管道水力输送是现代物流业中出现的一种新型物料运送方式,有着特殊的优势。通过模型试验的方法,对管道双车在不同距径比S_D条件下后车所形成的同心环隙螺旋流的轴向、垂向、横向速度脉动强度分布特性进行了研究。结果表明:随着S_D的增加,轴向、垂向和横向速度脉动强度的平均值、极差基本保持稳定,标准差、变异系数呈现减小的变化规律;垂向速度脉动强度特征与横向的相似;无论在何种S_D条件下,垂向和横向速度脉动强度都比轴向脉动强度小1个量级,但其变异系数大约为轴向的3倍;管道双车合理距径比为5~7。研究结果可为此技术的工程实际应用提供参考。     

电磁场对泥浆管道输送阻力性能影响的试验研究

长距离管道输送的减阻是疏浚工程的重要问题,利用在管道内施加电磁场来减少管道输送阻力是一种新兴的技术。通过建立内径为150 mm的水平管道水力输送细沙试验系统,对比试验了电磁场作用下流量为34~70 m3/h,中值粒径d50为6.39μm的细沙管道水力输送水力坡度的变化。细沙的体积浓度范围为3.63%~11.14%(重量浓度为9%~25%)。试验结果表明,在一定条件下,通过外加电磁场可以降低管道水力输送细沙浆体的阻力损失。     

管道输沙Wasp阻力模型探讨

泥沙在管道中的运动状态随输送浓度和输送速度变化而变化.在不同输送浓度、输送速度条件下,如何确定泥沙颗粒中悬移质和推移质所占的份额是计算泥沙管道输送阻力损失的关键.在Wasp模型结构框架下,探讨了悬移质阻力计算方法及悬移质、推移质所占份额的计算方法,计算了细沙管道输送浆体的总阻力,并与实验结果进行了比较和分析.结果表明,由悬移质和水组成的两相载体的阻力,是构成细沙浆体总阻力的主要部分,对Wasp模型的预测效果有重要影响.     

不同荷载圆柱体在压力管道中运输的水力特性研究

囊体管道水力运输作为一种相对较新的输送方式,与传统的输送方式相比较,更加节能、高效、环保。为进一步推动囊体管道水力输送,优化圆柱体结构参数,通过将圆柱体的荷载作为控制变量,对圆柱体在有压管道运移时的水力特性进行探究。通过研究得出:圆柱体的平均速度随着荷载的增大而减小;有压管道内水流的压强沿程减小且圆柱体的荷载不影响这种变化趋势;同一断面压强值随圆柱体荷载的增大而增大;单位能耗随着圆柱体荷载的增大而增大;圆柱体的输送率随着荷载增大先增大后减小,并在圆柱体荷载为4 N时最大。研究结论为优化圆柱体结构参数及囊体管道水力输送的投入使用提供了一定的理论基础。     

不同体表比管道车运移时的水力特性研究

筒装料管道水力输送是一种新兴的管道水力输送技术,管道车又是筒装料管道水力输送的主要部件之一,为优化其结构,降低能耗,针对不同体表比的管道车在管道内运移时的水力特性进行了试验研究。结果表明:管道车平均速度随体表比的增大而增大,几乎呈正比的线性关系;不同体表比的管道车在运移过程中同一测点压强随时间的变化规律基本相似,但压强开始下降的时间点与不同体表比有紧密的关系,体表比越大,压强下降的时间点越早;体表比的不同不会改变沿程水流压强的整体下降趋势,体表比为14.2的管道车单位长度能耗最小。     

基于PIV技术的粗颗粒在管流中跟随性试验研究

受工程条件的限制,越来越多的颗粒物料水力输送工程需采用粗颗粒输送,如深海采矿、河道清淤以及全尾砂充填等。本文利用PIV技术对管流中粗颗粒运动特性进行试验研究,探讨0.1、0.5、1.5、2.5mm四种粒径的石英砂在管流断面流速分布及其对水流的跟随性规律。结果表明:颗粒粒径越大,流体速度越小,颗粒的跟随性越差;反之,颗粒跟随性越好。颗粒跟随性在管道上半部分呈对数分布,在下半部分呈指数分布,分析得到在相对高度为0.2、0.5、0.8处的颗粒跟随性与水流速度,颗粒粒径,管径的关系,并通过拟合得到颗粒跟随性在整个管道断面分布的数学表达式,最大误差小于7%。     

水平管内湿颗粒空气输送的实验研究

固体物料采用浆体管道输送的情况下，本文提出了一种节约管道输送用水的湿颗粒空气输送方法。用管径为25.4mm和30mm，粒径为0.99mm,1.9mm和2.9mm的安山岩碎石，分别进行了输送实验。实验结果表明，湿颗粒空气输送的压降，与相同输送情况下固体物料水力输送压降相比，压降降低程度显著。同时，通过沉积界限速度的测定，确定了湿颗粒空气输送速度的范围。     

顶管施工坚硬岩层非爆破破岩掘进技术应用

针对复杂地质条件下,顶管施工在遇到岩石、硬土等坚固物块时采用何种方式破岩掘进这一问题,为合理选择破岩方式,根据滇池外海北部水体置换通道改造工程的实际施工情况,分析非爆破掘进技术在小断面水文与工程地质特殊以及周边环境复杂、施工减振(噪)要求高等条件下的适用性。经过对比,最终确定了在无水施工段和有水工作段分别采用静态破碎法、劈裂法作为顶管施工坚硬岩层的非爆破破岩方法。无水段采用采用静态破碎法破岩施工时,根据断面情况提出水平布孔和环形布孔两种方式,相邻孔距为40 cm,排(环)距为50 cm,孔径42 mm;含水段采用劈裂法施工时,全断面采用同静态破碎法工艺相同的环形布孔方式,若断面为复合断面,则应在断面正底部150°范围内钻孔取临空面后,沿临空面向上逐排布孔,孔径100 mm。工程实践表明:静态破碎法在无水工作面岩石掘进效果较好,掘进速率为8.5 m/d;在有水工作面因破碎剂失效,应采用劈裂法破岩,劈裂法破岩速率为10.5 m/d;静态破碎法有利于掘进断面控制,而与静态破碎法相比,劈裂法具有适应性强、掘进速度快等优点。该工程的顺利实施为今后类似条件下小断面顶管硬岩非爆破破岩掘进施工提供了有益的借鉴。     

小浪底水库泥沙管道高效输送的合理参数分析

针对管路中沿程实时变化的含沙量和颗粒级配情况,借鉴以往的研究成果,从管路中泥沙的冲淤变化、悬浮特性等多角度分析确定了管道输送泥沙的临界不淤流速;并采用实测值与模型计算值对比拟合的方法,确定了用费祥俊的临界不淤流速计算模型来分析本次管道输送的临界不淤流速;最后,以理论与实践结合提出小浪底水库泥沙管道高效输送的管径和含沙量,为今后试验或生产实践提供参考依据。提出了管径为0.325m和0.63m两种不同工况的高效输送参数:含沙量均为620kg/m~3,中值粒径范围0.051 2~0.062 9mm,D90为0.14mm,输送流速分别可在1.75~2.08m/s和2.08~2.2m/s之间进行调节。对应最大月排沙量分别为8.95万t和34.72万t。     

面流消能近底紊动流速特性的研究(面流消能试验研究之一)

本文主要论述了面流消能五种典型流态近底紊动流速特性,总结出了近底时均流速和紊动强度沿程变化规律,提出了近底紊动流速可能出现的最大瞬时值及相应位置的计算公式。面流消能工程的下游防冲设计中考虑的主要水力参数之一是,消能段近底流速紊动可能出现的最大瞬时值及其相应的部位,但目前国内外研究成果较少。笔者通过水工模型试验重点研究了面流消能各典型流态近底流速及其紊动纵向分量沿程的变化规律,并提出了计算公式,为优化面流设计提供科学依据。     

筒装料管道车在不同流量下运动时水力特性研究

为探寻筒装料管道车水力输送的较优输送流量,采用模型试验与理论分析相结合的方法,分析了管道车在不同流量条件下运动时的水力特性。试验结果表明:同一型号的管道车在运动过程中,对某一特定的管道断面而言,流量越大,管道断面中的测压管水头越高;对于同一断面,流量越大,管道车车速也就越大,越早通过这个断面,断面测压管水头也就越早发生变化;流量大小变化不影响管路沿程测压管水头的下降趋势,无论管道车运动到哪个断面,这种整体下降趋势都不会改变,只是下降的幅度不同;而输送效率随流量的增加表现出先增大后减小的趋势。研究成果可为寻求较优的输送流量提供参考。     

FLOW-PIPE-SEEPAGE COUPLING ANALYSIS OF SPANNING INITIATION OF A PARTIALLY-EMBEDDED PIPELINE

The initiation of pipeline spanning involves the coupling between the flow over the pipeline and the seepage-flow in the soil underneath the pipeline. The pipeline spanning initiation is experimentally observed and discussed in this article. It is qualitatively indicated that the pressure-drop induced soil seepage failure is the predominant cause for pipeline spanning initiation. A flow-pipe-seepage sequential coupling Finite Element Method (FEM) model is proposed to simulate the coupling between the water flow-field and the soil seepage-field. A critical hydraulic gradient is obtained for oblique seepage failure of the sand in the direction tangent to the pipe. Parametric study is performed to investigate the effects of inflow velocity, pipe embedment on the pressure-drop, and the effects of soil internal friction angle and pipe embedment-to-diameter ratio on the critical flow velocity for pipeline spanning initiation. It is indicated that the dimensionless critical flow velocity changes approximately linearly with the soil internal friction angle for the submarine pipeline partially-embedded in a sandy seabed.     

虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。     

台山核电厂引水隧洞进出水口阻力特性试验研究

结合台山核电厂输水系统工程,通过物理模型试验研究了引水隧洞不同粗糙度对进、出口段局部水头损失的影响规律。模型采用重力相似设计,比尺1∶18.9。在试验过程中,通过不断加大流量来改变模型水流雷诺数,依次得到不同糙率下的局部阻力系数随雷诺数变化曲线。局部阻力系数随雷诺数的增加而减小,其减小率随雷诺数的增加而下降,当雷诺数大于某临界值时,局部阻力系数逐渐趋于常数,说明水流进入阻力平方区,由此得到稳定后的局部阻力系数值。结果表明:不同粗糙度情况下,隧洞进、出口的局部阻力系数值变化明显,边壁粗糙度较大时,水流边界层受边壁绝对粗糙度影响,水流脉动跳跃离开边壁形成较大的涡流运动,水流能量耗散加强,对水流的阻力随之增大;局部阻力系数不仅与形状有关,还与隧洞的粗糙度有关,粗糙度越大,局部阻力系数越大,对于该项目,粗糙管比光滑管进口段局部阻力系数加大约45%,出口段局部阻力系数加大约56%。研究成果为实际工程输水系统设计提供了依据。     

埋地异型供水管段泄漏定位方法

供水管道泄漏时产生泄漏声波,根据泄漏声波到达安装在管道上的两个传感器的时间差,可以估计出泄漏位置。泄漏声波在管道中的传播速度与管道材料、内径和壁厚等有关。当泄漏发生在由不同类型管道组成的管段上时,用平均声速计算泄漏位置会增大定位的不确定度。借助于供水管网信息化提供的地下管线详实信息,根据各段管道的长度和声速可以更准确地估计出泄漏位置。介绍了异型管段泄漏定位的计算方法,给出一个检测实例和算法的流程。     

河道中弯道水流对穿越管道的作用

基于几种典型河弯断面,对因河势演变和弯道水流而对裸露于弯道水流中的穿河管道产生的纵向和横向水流冲刷,纵向绕流产生的升力和压差阻力及横向环流间诱导速度产生的动量和动量矩等作用进行了研究.因这些作用是沿穿河管道纵向和横向连续变化的,故在进行类似的工程设计和施工时,应通过水工模型试验或数值模拟计算,对其进行研究,以确保穿河管道的安全.