城市排水管道內(nèi)污水兩相流臨界流速研究.pdf

1、城市排水管道現(xiàn)行設(shè)計(jì)中，一般以自清流速作為管道設(shè)計(jì)最小流速來(lái)控制，最小流速往往僅根據(jù)污水管、雨水管或合流管在相應(yīng)管徑條件下提出一固定值，然后按單相均勻流動(dòng)來(lái)處理。這種處理方法只有在固體雜質(zhì)顆粒情況比較簡(jiǎn)單、含量很低的前提下，才是可以接受的近似。從各地排水管道的運(yùn)行歷史及近年來(lái)的研究成果來(lái)看，這種處理方法以及基于經(jīng)驗(yàn)將固定的最小流速作為設(shè)計(jì)中控制流速的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沒有堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，存在著一定的缺陷。實(shí)際排水管道中泥沙及固體雜質(zhì)顆粒的濃度、粒

2、徑、密度、粘性等特性的存在使得管道內(nèi)污水的流動(dòng)特性與清水相比發(fā)生了改變。本文將污水視為固液兩相流，在現(xiàn)有兩相流的研究成果特別是費(fèi)祥俊教授在能量理論方面的研究成果的基礎(chǔ)上，從能量守恒的角度建立了滿流和非滿流污水管道的水力坡度計(jì)算模型，進(jìn)而利用最小二乘法對(duì)污水中固體雜質(zhì)顆粒處于不同移動(dòng)狀態(tài)的平均流速U和水力坡度J的數(shù)據(jù)組進(jìn)行擬合，并根據(jù)兩相流中J～U關(guān)系曲線的最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流速為臨界流速的理論，即管底開始出現(xiàn)沉積物的臨界情況，推導(dǎo)出滿流與非

3、滿流狀態(tài)下排水管道的臨界流速(即最小設(shè)計(jì)流速)計(jì)算模型。 通過本文所建立的水力坡度計(jì)算模型和臨界流速計(jì)算模型，并結(jié)合典型城市污水水質(zhì)資料進(jìn)行計(jì)算分析，得出以下結(jié)論： (1)滿流排水管道的臨界流速(即最小設(shè)計(jì)流速)與管徑和污水中固體雜質(zhì)顆粒的特性有一定的關(guān)系，臨界流速隨著管徑、顆粒尺寸、密度的增大呈不同程度的增大。 (2)非滿流排水管道的臨界流速與污水中固體顆粒尺寸、密度等特性以及管徑、管材糙率等因素有密切的關(guān)系，

4、臨界流速隨著管徑、顆粒粒徑和顆粒密度的增大呈不同程度的增大，管道的輸水能力隨著管材糙率的減小而增大。因此，在相同的管徑以及相同水質(zhì)條件下，相同的設(shè)計(jì)坡度所對(duì)應(yīng)的流速值，粗糙系數(shù)小的管道要明顯高于粗糙系數(shù)大的管道，也就是說粗糙系數(shù)小的管道的排污能力要優(yōu)于粗糙系數(shù)大的管道。 (3)根據(jù)本文建立的非滿流管道J～U關(guān)系曲線，可以得出污水的臨界流速(最小設(shè)計(jì)流速)，并且可以直接查出不同管材、不同管徑的排水管道臨界流速(最小設(shè)計(jì)流速)所對(duì)應(yīng)