【摘要】：阻力損失規(guī)律與管道的輸沙特性密切相關(guān)。本文采用多相流混合模型,利用小浪底水庫現(xiàn)場管道抽沙試驗(yàn)的管道參數(shù),研究其管道阻力隨含沙量及流速的變化規(guī)律,并將模擬結(jié)果與費(fèi)祥俊、Durand、陳廣文阻力模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比。研究表明:(1)在各種流速條件下,壓降均隨著含沙量的增大而增大;同一含沙量時(shí),壓降隨流速增長呈指數(shù)型增長,表明就單位重量而言,同樣速度下的不同濃度混合水沙體的阻力損失規(guī)律基本相同。(2)除了在高含沙量、低流速時(shí)模擬結(jié)果偏離Durand阻力公式較大以外,其他各種情況下,數(shù)值模擬結(jié)果與陳廣文、費(fèi)祥俊以及Durand阻力計(jì)算公式的結(jié)果均十分吻合。(3)當(dāng)流速很小時(shí)(v=1m/s),模擬結(jié)果出現(xiàn)了進(jìn)出口輸沙率不守恒的現(xiàn)象,進(jìn)一步可通過綜合考慮實(shí)際情況以及采用模擬中的輸沙率差法分析判斷管道不淤流速。
【圖文】：

表明就單位重量水體而言，不管含沙量多少，阻力損失基本上是相等的。進(jìn)一步分析其原因可知，隨著含沙量的增加，管道含沙水流可認(rèn)為是粘性逐漸增大的流體，此時(shí)雖然雷諾數(shù)在不斷增加，但由于含沙水流均處于完全粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)），而在這一區(qū)域的沿程阻力系數(shù)λ只與相對粗糙度有關(guān)，與雷諾數(shù)的大小無關(guān)，，因此，當(dāng)我們以坡降計(jì)時(shí)，不同流速下含沙水流的阻力損失隨含沙量的變化規(guī)律基本一致。將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與Ｄｕｒａｎｄ阻力模型、陳廣文阻力模型以及費(fèi)祥俊阻力模型進(jìn)行比較，分別按壓降與坡降計(jì)，如圖２與圖３所示。圖２不同流速條件下阻力損失模擬值（壓降）與各模型計(jì)算值的對比Ｆｉｇ．２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｓ（ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐ）ａｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｖａｌｕｅｓｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ３１李珊珊，等：管道輸沙阻力損失規(guī)律的多相流數(shù)值模擬研究

圖３不同流速條件下阻力損失模擬值（坡降）與各模型計(jì)算值的對比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｓ（ｇｒａｄｉｅｎｔ）ａｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｖａｌｕｅｓｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ由圖可以看出，在各不同流速下，模擬得到的阻力損失隨含沙量的變化規(guī)律與各阻力模型計(jì)算得到的規(guī)律基本一致。在流速較大（ｖ≥２ｍ／ｓ）時(shí)，模擬值與各阻力模型計(jì)算值吻合良好，而在流速較�。ǎ觥埽玻恚螅⿻r(shí)，模擬值與陳廣文阻力模型和費(fèi)祥俊阻力模型吻合良好，而與Ｄｕｒａｎｄ阻力模型相差較大，且其差別隨含沙量的增大而增大，說明此時(shí)該模型已不適用。２．３不同含沙量條件下，流速－阻力損失規(guī)律圖４給出了不同含沙量下，阻力隨流速變化的規(guī)律。圖４（ａ）的阻力是按坡降計(jì)的，各曲線幾乎重疊到了一起，再次表明就單位重量水體而言，阻力損失基本上是相等的，與含沙量多少沒有關(guān)系，同時(shí)也驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析結(jié)果吻合良好，說明了采用多相流混合模型以及標(biāo)準(zhǔn)ｋ－ε湍流模型實(shí)現(xiàn)管道含沙水流三維流場模擬的可行性。圖４（ｂ）的阻力是以壓降計(jì)算的，可以看出，在同一含沙量下，隨著流速增大，壓降近似按二次曲線增加，當(dāng)然，含沙量大壓降也大，這與前一節(jié)的分析是一致的。圖５按不同含沙量分別給出了模擬得到的管道阻力損失隨流速的變化規(guī)律與各阻力模型計(jì)算結(jié)果的對比情況。由圖可以看出，陳廣文阻力模型和費(fèi)祥俊阻力模型在各種流速工況下與模擬結(jié)果均吻合良好。而對于Ｄｕｒａｎｄ阻力模型，在含沙量較小時(shí)（Ｃｖ＝３．７４％），模擬值與該阻
【作者單位】： 西安理工大學(xué)西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51579206) 水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(201301063) 陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015JM5201)
【分類號】：TV14

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本文編號：2535208