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1、第６期水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)Ｎｏ．６２０１６年１２月ＨＹＤＲＯ?ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤｅｃ．２０１６ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１６．０６．０１５邱灝，曹斌，夏建新．粗顆粒物料管道水力輸送不淤臨界流速計(jì)算［Ｊ］．水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，２０１６（６）：１０３－１０８．（ＱＩＵＨａｏ，ＣＡＯＢｉｎ，ＸＩＡＪｉａｎ?ｘｉｎ．Ｎｏｎ?ｓｉｌｔｉｎｇｃｒｉｔｉｃａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏａｒｓｅ?ｇｒａｉｎｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｉｐｅｌｉｎｅ［
2、Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ?ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６（６）：１０３－１０８．）粗顆粒物料管道水力輸送不淤臨界流速計(jì)算邱灝，曹斌，夏建新（中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京１０００８１）摘要：近３０年來，固體物料的管道水力輸送技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。在管道水力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不淤臨界流速是首先需要確定的重要參數(shù)，對(duì)確保管道安全輸送具有重要意義。對(duì)于細(xì)顆粒物料，已有比較成熟的計(jì)算方法，但對(duì)粗顆粒物料，不同的計(jì)算式差異較大，給參數(shù)確定帶來困難。在對(duì)已有的管道不淤臨界流速計(jì)算進(jìn)行比較分析基礎(chǔ)上，探討了顆粒濃度、粒徑、密度
3、以及管道直徑等因素對(duì)不淤臨界流速的影響，并分析了計(jì)算式結(jié)構(gòu)的差異。整理不同學(xué)者針對(duì)粗顆粒輸送的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析了不淤臨界流速隨顆粒粒徑加大的變化規(guī)律?；诹烤V分析法，提出了粗顆粒在管道輸送中不淤臨界流速計(jì)算式，其計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差在１０％以下，基本滿足不淤臨界流速計(jì)算的工程要求。關(guān)鍵詞：粗顆粒物料；管道；水力輸送；不淤臨界流速中圖分類號(hào)：ＴＤ５２２文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ文章編號(hào)：１００９－６４０Ｘ（２０１６）０６－０１０３－０６固體物料管道水力輸送因其效率高、成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)成為繼公路、鐵路和水運(yùn)之后的第四大運(yùn)輸方式，如
4、昆鋼大紅山精鐵礦輸送管線長(zhǎng)達(dá)１７１ｋｍ，年輸送量高達(dá)６００萬ｔ；正在建造的神渭輸煤管線輸送［１］［２－３］距離達(dá)到７５０ｋｍ。同時(shí)，管道充填采礦也被廣泛采用。對(duì)于由細(xì)顆粒（粒徑ｄ＜０?１ｍｍ）組成的漿體，管道輸送技術(shù)已比較成熟。隨著管道水力輸送應(yīng)用范圍越來越廣，許多工程要求直接輸送粗顆粒，如建筑用砂最佳粒徑在３～５ｍｍ，如過于細(xì)小則會(huì)影響混凝土的力學(xué)性能指標(biāo)；深海采礦時(shí)管道提升的礦石粒徑更粗，甚至可能達(dá)到３０ｍｍ，其原因是在深海海底進(jìn)行礦石破碎成本很高，同時(shí)，細(xì)顆粒難以從尾水中去除，無法滿足海洋環(huán)境保護(hù)的要求。不淤臨界流速，即管
5、道水力運(yùn)輸過程中，固體物料能夠連續(xù)輸送、不淤積的速度。在此流速下，系統(tǒng)運(yùn)行［４］安全可靠且消耗的能量較少。因此，不淤臨界速度是管道輸送工程設(shè)計(jì)首先要確定的重要工藝參數(shù)，也是評(píng)估管道輸送安全的重要依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)由細(xì)顆粒組成的漿體管道輸送不淤臨界流速的研究成果很多，但對(duì)于粗顆粒輸送不淤臨界流速的研究成果則較少，且計(jì)算式和結(jié)果之間均存在很大的差異，在管道工程設(shè)計(jì)時(shí)無法提供可靠依據(jù)。本文對(duì)現(xiàn)有的管道水力輸送不淤臨界流速計(jì)算式進(jìn)行比較和分析，利用不同學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了適合粗顆粒物料管道水力輸送的不淤臨界流速計(jì)算式。１已有不淤臨界
6、流速計(jì)算式關(guān)于固體物料管道輸送不淤臨界流速計(jì)算式已有很多（見表１）。對(duì)這些計(jì)算式結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)不同學(xué)者的計(jì)算式在結(jié)構(gòu)上有相似之處，如大多數(shù)都有不淤臨界流速ｖ∝２ｇＤ（ｓ－１），ｓ為顆粒ｃ收稿日期：２０１５－１１－１３基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５１１７９２１３，５１３３９００８，５１４３４００２）作者簡(jiǎn)介：邱灝（１９９０—），男，湖南益陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事水沙環(huán)境方面的研究。Ｅ?ｍａｉｌ：ｑｈａｔｎｉｇｈｔ＠１６３．ｃｏｍ１０４水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)２０１６年１２月ｍ與流體密度之比，Ｄ為管道直徑。與固體體積
7、的關(guān)系為ｖ∝Ｃ，ｍ為正數(shù)，范圍在０～０?３６，大部分在１／３左ｃｖｎ右。然而，臨界流速與粒徑的關(guān)系則差異很大，ｖ∝ｄ，指數(shù)ｎ有正有負(fù)，變化范圍較大，反映粒徑對(duì)不淤臨ｃ界流速的影響比較復(fù)雜，還有待深入分析。表１不同學(xué)者的管道水力輸送不淤臨界流速計(jì)算式Ｔａｂ?１Ｆｏｒｍｕｌａｓｆｏｒｃｒｉｔｉｃａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｇｉｖｅｎｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｏｌａｒｓ與主要參數(shù)的關(guān)系序號(hào)作者計(jì)算式適用范圍Ｃｖｄ０?２ｍｍ≤ｄ≤５?２５ｍｍ１／３Ｃｖ１Ｓｈｏｏｋ［５］ｖ＝２?４３２ｇＤ（ｓ－１）ｖ∝Ｃ１／３ｖ∝ｄ１／４１?５≤ｓ≤３?９５ｃ
8、Ｃ１／４ｃｖｃＤ４０ｍｍ≤Ｄ≤５８０ｍｍ０?２５ｍｍ≤ｄ≤２?０４ｍｍｄ２Ｗａｓｐ［６］ｖ＝３?４０Ｃ０?２２（）１／６２ｇＤ（ｓ－１）ｖ∝Ｃ０?２２ｖ∝ｄ１／６０?０１≤Ｃ≤０?２５ｃｖｃｖｃｖＤ２６?７ｍｍ≤Ｄ≤１３９?７ｍｍ０?２３ｍｍ≤ｄ≤５?３４ｍｍρ
