泥沙河道穿河管线冲刷特性试验研究
发布时间：2020-10-22 17:27
河道底部埋设的管线处于十分恶劣的环境,在波浪、潮流等水动力的作用下,管道附近的河床非常容易发生悬空最后在水动力以及第三方活动等多方面的影响下导致河底管道破坏时有发生,所以对多泥沙河道管道周围特性研究十分重要。本试验主要在浅埋铺设状态下:(1)采用物理模型试验的方法,研究河底管道在浅埋状态下周围的冲刷特性;(2)通过ADV仪器测量与录像观察同时进行的方法对管道附近河床冲刷发展的一系列物理变化过程进行详细解析;(3)测量底部冲刷平衡稳定后的冲刷坑流速特性;(4)对管道周围三维水力特性所测试验数据进行紊动、雷诺应力以及流场三方面的分析得到了河底管道冲刷的一般规律性。对比不同工况下的管道冲刷,试验结果表明:(1)管道冲刷会在经过一段时间后达到平衡,不会一直冲刷下去,本试验中27.03L/s的来流量经过10分钟所铺模型沙下降2cm,冲刷31分钟后管道裸露出来所铺设模型沙全部带走,冲刷57分钟在管前1.3cm处开始出现冲刷坑,出现冲坑的位置约为管径的1/2,最终冲刷坑达4cm深趋于稳定不再继续发展;30.00L/s的来流下经过6分钟水流携带走2cm的模型沙,冲刷历时17分钟管道裸露,冲刷22分钟开始出现冲刷坑被冲开,此冲刷坑出现在管前1.2cm处,最终冲刷坑达5.5cm趋于稳定,水流对管道的冲刷不会持续不断的进行下去,冲刷坑不会不断的扩大,会经历一段时间后处于平衡状态;(2)流速方面,未冲、起冲以及冲刷裸露至稳定三种状态下纵向流速、垂向流速、平面时均流速,在水流中间液面往上,水流流速随着距离水面的高度增加,呈线性递增;(3)紊动强度与雷诺应力方面,在水体液面中间层往上,距离水面高度与紊动强度呈线性递增关系,与流速的变化规律相一致;(4)根据管道起冲与冲刷裸露至稳定状态的分析,管道受到流场的影响范围是管径的1.5倍至2.5倍,在此范围内需对管线着重保护。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV147
【部分图文】：
图 2-1 试验模型Figure 2-1 Experimental model图 2-2 试验模型与管道设计图Figure 2-2 Test model and piping design.3 模型沙选取原理（1）试验模型沙的选择试验所用泥沙的颗粒级配、颗粒直径以及泥沙颗粒的来源，均会影响管道周围过程及水力特性，所以所用泥沙的选择十分重要。不同粒径的泥沙颗粒存在差异
图 2-2 试验模型与管道设计图Figure 2-2 Test model and piping design2.1.3 模型沙选取原理（1）试验模型沙的选择试验所用泥沙的颗粒级配、颗粒直径以及泥沙颗粒的来源，均会影响管道周围的冲刷过程及水力特性，所以所用泥沙的选择十分重要。不同粒径的泥沙颗粒存在差异的不仅是泥沙的尺寸不同，其粘滞性、重力、上浮力等力学性质均不同，矿物组成也存在一定的差异（张瑞瑾 1989）。表 2-2 泥沙分类表Table 2-2 Sediment classification table泥沙分类 粘粒 粉砂 砂粒 砾石 卵石 漂石粒径大小（mm） ＜0.004 0.004~0.062 0.062~2.0 2.0~16.0 16.0~25.0 ＞250.0为达到起动相似的原则，在动床模型试验中常用的有天然沙、粉煤灰、木屑等，这些模型沙中粉煤灰与天然沙、木屑相比而言获取方便，木屑采集较困难，经比尺换算后天然沙粒径较大，而粉煤灰相比之下较小，且不会使粒径小到粘滞力起主导作用的程度。此次试验所用的粉煤灰由沈阳广阔供暖公司提供，进行河底管道冲刷试验。粉煤灰具有
图 2-3 多普勒声学流速仪Figure 2-3 Doppler acoustic velocimeter小车普勒声学流速仪架设在硬质有机玻璃槽上，设计了可前后左右用金属铸铁材质，将两个滑动小车上下搭接在一起，下方的小移动，上侧的小车控制每一个断面不同测点的左右方向移动。：图 2-4 滑动小车Figure 2-4 Sliding car形量水堰
【参考文献】
本文编号：2851888
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV147
【部分图文】：
图 2-1 试验模型Figure 2-1 Experimental model图 2-2 试验模型与管道设计图Figure 2-2 Test model and piping design.3 模型沙选取原理（1）试验模型沙的选择试验所用泥沙的颗粒级配、颗粒直径以及泥沙颗粒的来源，均会影响管道周围过程及水力特性，所以所用泥沙的选择十分重要。不同粒径的泥沙颗粒存在差异
图 2-2 试验模型与管道设计图Figure 2-2 Test model and piping design2.1.3 模型沙选取原理（1）试验模型沙的选择试验所用泥沙的颗粒级配、颗粒直径以及泥沙颗粒的来源，均会影响管道周围的冲刷过程及水力特性，所以所用泥沙的选择十分重要。不同粒径的泥沙颗粒存在差异的不仅是泥沙的尺寸不同，其粘滞性、重力、上浮力等力学性质均不同，矿物组成也存在一定的差异（张瑞瑾 1989）。表 2-2 泥沙分类表Table 2-2 Sediment classification table泥沙分类 粘粒 粉砂 砂粒 砾石 卵石 漂石粒径大小（mm） ＜0.004 0.004~0.062 0.062~2.0 2.0~16.0 16.0~25.0 ＞250.0为达到起动相似的原则，在动床模型试验中常用的有天然沙、粉煤灰、木屑等，这些模型沙中粉煤灰与天然沙、木屑相比而言获取方便，木屑采集较困难，经比尺换算后天然沙粒径较大，而粉煤灰相比之下较小，且不会使粒径小到粘滞力起主导作用的程度。此次试验所用的粉煤灰由沈阳广阔供暖公司提供，进行河底管道冲刷试验。粉煤灰具有
图 2-3 多普勒声学流速仪Figure 2-3 Doppler acoustic velocimeter小车普勒声学流速仪架设在硬质有机玻璃槽上，设计了可前后左右用金属铸铁材质，将两个滑动小车上下搭接在一起，下方的小移动，上侧的小车控制每一个断面不同测点的左右方向移动。：图 2-4 滑动小车Figure 2-4 Sliding car形量水堰
【参考文献】
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本文编号：2851888
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