泥浆沿程阻力系数

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1、第31卷第8期人民黄河Vo1．31．No．82009年8月YELL0WRIVERAug．，2009【水文·泥沙】高浓度管道输沙中沿程阻力系数影响因素分析罗玉丽，张会敏，侯爱中，郑利民(黄河水利科学研究院，河南郑州450003)摘要：采用／／定理雄导了表征阻力系数的无量纲数的关系式，并利用管道压力、流量、含沙量等试验数据对高含沙水流阻力特性进行分析，结果表明：①管道沿程阻力系数受管道流量、含沙量及泥沙颗粒组成等单一因素的影响不明显，受譬、V—md6o、A、旦d5o等综合因子的影响较显著，影响最显著的为综合因子乎；②管道沿程阻力系数A与譬、Vmd6oD等综

2、合因子之间存在较好的相关性、、。关键词：影响因素；沿程阻力系数；管道输沙；高浓度泥沙中图分类号：TV134文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2009．08．015近年来，管道输沙已成为黄河下游堤防加固、减轻河道淤对于T采说，=0；对于M采说，Y=0o所以，日J知=Y=：积的有效手段和重要途径⋯。为提高管道输送泥沙的效率和效0，故17=，L。益，对实测管道压力、流量、含沙量等数据进行了分析，研究了同理可以解得=o，=0，：1，皿=A；5=o，弘=管道高含沙水流的阻力特性及沿程阻力系数的变化规律。。，zs=1，D1沿程

3、阻力系数的影响因素；=2，=1，=一5，风=；：根据已有研究成果，在管道输送泥沙过程中，除管道流量1'y7-0一1，=。Q、含沙量S、泥沙颗粒组成外，管道粗糙度△、管径D、浑水容重根据仃定理，可用仃组成表征阻力系数的无量纲数的关、浑水运动黏性系数等都会对泥浆阻力系数A产生影系式：响。如果泥沙的颗粒组成用泥沙中值粒径d。来近似表征，／／=／／l，n2H3。1,，n，u6，n1、那么A可以用下面的函数式来表示：A=八Q，S，d50，A，D，，)即现采用盯定理进行量纲分析。上式共有8个物理量，其中自变量7个。选择管道流量Q、含沙量S及泥沙中径以。作为基A=，

4、(D喾，)(1)本物理量，则上式可以用4个无量纲数组成的关系式来表达。这些无量纲数(口)为2沿程阻力系数推求11，I14志，丽D，对于高含沙水流，满足水流能量的基本平衡关系和浑水水流的基本阻力关系等㈨。管道水流的水头损失主要为沿程水Ⅱ6丽Ym赢头损失和局部水头损失，由恒定总流的能量方程推出管道水流由于选择了Q、S及d。作为基本物理量，因此由基本物理能量平衡关系式为量所组成的无量纲数均等于1，即llj==：1。因为口为无量纲数，所以上面4个式子右端分子分母的量∑A苦蓦+∑2=纲应该相同，这样就可以计算出、Y和。。举例说明如下：[A]=[Q][sr[d。]

5、其中曼宁阻力关系式为把上式中各物理量的量纲用长度量纲[￡]、时间量纲[和质量量纲[]来表示，则有收稿日期：2008—1l_2l作者简介：罗玉丽(1970一)，女，河南辉县人，高级工程师，研究方向为节水灌『11=f／71]『M／L]『]溉和水资源高效利用。上式两端相同量纲的指数应相等，对于来说，3一3y+z=0；E—mail：luoyulimy@126，COIn·36·人民黄河2009正、一一：：(2)可知，压力表V和压力表Ⅵ两过水断面水头的差值就是一C一(D／4泥浆从压力表V到压力表Ⅵ用于克服沿程阻力所消耗的能式中：z,p／y、U2／2g分别为位置、压

6、强、流速水头．f、D分别为管量，即两过水断面问的沿程水头损失h，那么道长度与管径；A、分别为沿程与局部水头损失系数；C为谢才Ⅷ系数；n为糙率。高含沙水流流变关系式为=(1—1．35S)·／Xo式中：。分别代表浑水与清水的动力黏滞系数，其中=p；s为体积比含沙量。选取原阳大张庄控导工程与安庄之间的一次加压远距离管道输沙系统进行试验。该输沙系统输沙排距为5．697km，系图1试验平面布置=Al'O2统高差为7．729m(大堤管顶与管道出口之差)，进出口高差为=z。+一(+等)(3)5．909m。通过在输沙管道沿线布设压力表测压、管道出口测根据式(3)即可计

7、算出两表之间的沿程水头损失h，进而流、取水样、测水温等，获取压力、流量、含沙量、泥沙中值粒径、推求出沿程阻力系数A，并根据试验获取的资料推算管道沿程水温等试验数据。试验布设见图1。在试验中，压力表V和压力表Ⅵ之间为一段相对顺直的阻力系数A与相应的喾、皆AD值，见表lo管道，其局部损失近似为0，假设泥浆在管道中为匀速流，由式表1管道输移高浓度泥沙的主要物理参数3沿程阻力系数与综合因子影响关系分析憔3．1A一案鲤绘制沿程阻力系数A与综合因子v~d；o的关系图(见图2)，0-g“50可以看出沿程阻力系数A与综合因子"／md~o之间关系较好随OS，图2沿程阻力

8、系数A与综合因子鲁的关系着综合因子警的增大，沿程阻力系数A呈增加趋势。当综合3．2A一訾因子警