高浓度泥沙悬浮液物理特性的实验研究

本文根据试验结果,探讨了粗、细颗粒的高浓度悬浮液的流变性质和沉降规律,指出了天然泥沙粗、细颗粒悬浮液物理性质的巨大差别主要起因于颗粒矿物成分的不同,还描述了细颗粒(或料土矿物颗粒)含量很高时悬浮液流变性质的一种异常现象,以及与泥浆流中“停滞层”现象的联系。     

固液两相流中固体颗粒的垂直分选机理

在结构两相流的总体框架内，基于对单个固相颗粒受力的分析和对多颗粒条件下颗粒之间的相互作用，本文对液体流动特性进行了简化，采用固体颗粒在水流中运动的垂线分选模型，对各种颗粒浓度条件下的垂直分选特征进行了讨论。结果表明：随着颗粒浓度的增加，颗粒的分选过程加快，颗粒向上聚集的倾向加强，分选的结果会形成明显地在垂直方向上显示出反粒序分布。当颗粒体积浓度超过0．3以后，粗颗粒较细颗粒具有更大的向上聚集的倾向；当颗粒浓度接近极限浓度时，会出现颗粒分选速度的反常变化，说明分选模型在这种情况下失效。文中还通过常见的三种液相速度分布，分析了不同速度分布剖面对分选结果可能产生的影响。     

高浓度浑水的宾汉极限剪应力

高浓度浑水一般属宾汉体。由于试验条件及浑水流变特性的复杂,对浑水的宾汉极限剪应力的系统研究很少,现有试验成果很不统一,多数不能反映浑水中固体颗粒组成对宾汉极限剪应力的影响。本文通过应用毛细管粘度计对十一种混合沙作了流变试验,以反映颗粒级配特性的“极限浓度”及固体体积浓度为参数,求得浑水宾汉极限剪应力的统一表达式。文中并就极限浓度对非牛顿体形成条件及对非牛顿体由两相过渡到一相体的影响等向题,提出初步的经验关系。讨论了宾汉极限剪应力与固体体积浓度、颗粒级配特性及浑水流态之间的综合关系。     

不同上限粒径泥石流浆体的流变参数变化规律

根据云南东川蒋家沟黏性泥石流原样颗分资料,利用泥石流堆积物配置4个黏性泥石流原样对应的上限粒径分别为0.25、1、2、5和10 mm的浆体,通过球系统开展流变试验,利用Herschel-Bulkley模型拟合流变曲线,研究较粗的颗粒加入细颗粒浆体后流变参数的变化规律。结果表明各样品均表现为剪切稀化流体,粗颗粒加入细颗粒浆体后浆体屈服应力增加,剪切稀化程度减弱;同样颗粒级配下,浆体的屈服应力随固体体积浓度指数增加。由于流动性指数的变化,粗颗粒加入后浆体稠度指数的变化没有明显规律,但是表观黏度增加,增幅略小于屈服应力的增幅。粗颗粒浆体与细颗粒浆体的相对黏度和相对屈服应力之间存在显著的线性关系,可根据该关系式对泥石流原样的表观黏度进行估算。     

颗粒浓度分布的探讨

针对颗粒浓度在两相流动中的重要性，建立了颗粒体积浓度方程，阐述了颗粒浓度在求解过程中的特点及颗粒体积浓度方程在计算方法中的贯穿。计算了沙层上及直管中的两相流的流动，发现了颗粒浓度两种截然不同的分布，并对此进行了分析。     

颗粒流变破碎与堆石料流变应变计算

流变是堆石坝的主要变形，当前主要采用室内三轴流变试验加以测量，并通过拟合试验结果得到流变经验公式。但流变试验的时间长，且试验工况要覆盖坝料种类、级配与密度变化并需满足插值方法要求，实际操作困难，简化试验工况则影响插值计算精度。为此，提出一种计算堆石料流变的简化方法，设想可进行加载速率足够慢的三轴试验，使试样中凡受力大于长期强度的颗粒有时间充分破碎，得到的应力-应变-体变曲线则包含流变应变，与不含流变的常规三轴试验曲线比较，得到流变应变。算例计算表明，通过计算得到的流变应变与试验值相当，流变模型参数符合预期。     

固液两相流浓度测量方法探讨

主要对浑水浓度的分类、定义及相应的测量和标定方法进行了理论分析和实践探索。由于固液两相流中存在悬浮固体颗粒和液体的相对运动,本文提出了"在不同测量断面上固体颗粒的动态体积浓度不同"的理论推断,并指出了动态体积浓度和静态体积浓度的区别,对固体颗粒的流量浓度和动态体积浓度的物理意义和特点进行了系统的分析和比较。流量浓度与动态体积浓度不同,在有压流动系统内,各测量断面上的流量浓度均保持不变。此外,还对静态体积浓度、动态体积浓度和流量浓度的测量方法进行了探讨,提出了一种通过测量浑水密度间接测量泥沙浓度的新方式。并对几种自动测量动态体积浓度的方式存在的问题进行了分析,指出了引水到系统外测量的动态浓度是流量浓度,介绍了超声波浓度仪的静态标定方法。     

悬浮液调剖剂在油层中渗滤特征研究

论文根据质量守恒建立了固相颗粒运移和沉淀动态方程,通过求解得到悬浮液浓度分布和颗粒滞留量分布关系,研究结果表明,颗粒型调剖剂的沿程浓度逐渐降低,随注入时间增加,同一位置上的调剖剂浓度逐渐升高,多孔介质对固相颗粒的渗滤作用,颗粒滞留主要集中在近井周围。岩石渗透率时变动态模型表明,岩石渗透率比其孔隙度的变化幅度大得多,颗粒型堵剂其少量的滞留即可改变岩石渗透率。相同注入量条件下,随注入速度增加悬浮液浓度增加,同时渗透率降低程度增加,提高注入速度有利于将颗粒挤入到多孔介质较深部位。调剖过程中的注入压力动态主要取决调剖地层系数,随注入速度增加,注入压力逐渐回升,但不同注入速度下注入压力的回升速度不同,对于较高的注入压力,调剖剂很容易提前启动中低渗透层,因此注入速度的选择应在注入设备工作条件下,以油层破裂压力为限制,保证注入压力缓速回升。     

黏土矿物对泥石流体屈服应力影响的实验研究

一般情况下,泥石流体屈服应力随着泥沙颗粒体积浓度的增大而增大,同时随着黏粒黏性的增强而增强。在此研究基础上,以泥石流体屈服应力为研究目标,选取了蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭土等4种常见的黏土矿物为研究对象,通过改变泥石流体中泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物成分及黏粒重量百分含量得出:1一般情况下,黏土成份对泥石流体屈服应力影响的强弱关系依次为蒙脱石伊利石绿泥石高岭土。2泥沙颗粒体积浓度和黏粒百分含量对泥石流体屈服应力的影响呈指数关系。3综合分析泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物成份、黏粒百分含量与屈服应力的关系后获得了黏土矿物下屈服应力的关系式。4用野外调查资料验证了上述泥石流屈服应力与泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物的关系,具有一定的准确性。     

黄河流域泥沙矿物成分与分布规律

黄河及其干支流经常产生高含沙水流,泥沙中矿物的成分及含量是影响高含沙水流性质的主导因素,粘土矿物颗粒含量对高含沙水流流变性质的影响,远大于颗粒粒径大小对流变性质的影响,粘土颗粒和阳离子之间的相互作用对高含沙水流的流变性质也有非常大的影响。通过对黄河及其支流地区12个地点进行采样分析,得出黄河及其支流地区泥沙基本来源于同一地区,次生矿物是在长期的、相同的环境条件作用下形成的。根据泥沙样本的粒径分布曲线和矿物成分及含量,建立了黄河及其支流泥沙粘土、非粘土矿物含量与中值粒径之间的关系,能够更方便、快捷、廉价地估算黄河及其支流粘土矿物的含量。     

长江口细颗粒悬沙浓度垂向分布

在长江口利用“声学悬沙观测系统”观测到大潮四种典型的高时空分辨率细颗粒悬沙浓度声学向分布图和垂线分布曲线，悬沙垂线分布曲线表明：（１）在涨潮地１形，沙２的垂向变化梯度小。（２）在涨急时呈射流形射流顶的悬沙分布达１０ｇ／Ｌ悬浙江省 浓度的垂向变化梯度大。（３）在落潮时从水面到水底悬沙浓度按指数增加，可能代表恒定均流中悬沙处于平衡条件的分布，泥沙垂各扩散系数εＳ在数值上大约是泥沙颗粒沉降速度ωＳ的两部     

A mathematical filter backwash model

A mathematical model for deposit detachment and removal during the backwash of rapid gravity filters has been derived for a fluidising water wash. The model consists of two parts; part 1 determines the volume of deposit dislodged into suspension at any instant, and part 2 determines the change in concentration emerging from the filter bed at any stage during the backwash. Initial conditions for the backwash model are determined from a filtration model.     

关于底部浓度规律的研究

本文在对近底流区泥沙运动规律进行了深入的力学和统计分析的基础上，运用统计理论对底部浓度规律进行了理论分析，并和实测资料进行了验证，结果表明，理论公式与实测资料相符较好，底部浓度的研究对于推移质和悬移质泥沙运动规律的研究均具有重要的理论和实际意义。     

利用粘土絮凝网处理钼矿尾液技术探索

钼矿选矿过程中使用了较高浓度的水玻璃 ,使得尾矿液中的细岩粉颗粒保持悬浮不沉 ,造成排放污染环境和回水浮选降低精矿回收率的问题。在采用各种絮凝剂不能奏效的情况下 ,本文通过实验研究了利用粘土悬浮液絮凝网络处理尾矿液的方法。粘土矿物及其絮凝网络捕获悬浮岩粉颗粒并挟带它们一起沉降 ,脱去岩粉的尾矿液可循环用于浮选。对比处理前后尾矿水和清水浮选结果表明 ,处理后的精矿回收率有明显提高。此项技术使选矿水循环使用 ,解决尾矿液排放污染问题。     

天然河道挟沙水流的复杂行为及其在河型形成中的意义

天然河道挟沙水流具有复杂的力学行为。随着含沙量的增大，挟沙水流能耗率也增大，但当含沙量超过某一临界值之后，能耗率则迅速减小。在这种微观层次上的复杂行为的影响下，河床形态和河型随含沙量的变化也呈现出复杂的面貌，这实质上是挟沙水流复杂行为的宏观表现。本文所揭示的冲积河流河床形态和河型随含沙量变化的复杂图形，对于小浪底水库建成后黄河下游游荡河道的调控治理有重要意义     

Effect of bed roughness on grain-size distribution in an open channel flow

Grain-size distributions of suspended load were studied in a laboratory flume over five sediment beds having different values of bed roughness at three different flow velocities. The experiments had been performed to investigate the influence of bed roughness, flow velocity and suspension height on the grain-size distribution in suspension. This study focuses on the determination of the proportionality parameter β_n in suspension which is the ratio of sediment diffusion coefficient to the momentum diffusion coefficient of the nth grain-size class. An empirical equation for β_n has been proposed which is valid for a wide range of normalizing settling velocity of sediment particles and bed roughness. Also, the bed roughness effect is studied on the parameter β for total concentration in suspension and on the reference concentration, which is very important in suspension studies. The Rouse equation with modified β_n and β was surveyed to know the grain-size distribution and total concentration in suspension that agreed well when compared with the experimental data.     

Flow distribution and mass removal in floating treatment wetlands arranged in series and spanning the channel width

Floating treatment wetlands (FTWs) use plants’ roots for water quality improvement. The plants are supported by a buoyant structure deployed at the water surface. The roots form a porous zone beneath the structure and remove pollutants carried in suspension through filtering, absorption and uptake. This paper used CFD simulation to model FTWs arranged in series and spanning the channel width and to study the effects of root length and spacing between FTWs on flow distribution and mass removal. The root zone was modelled as a porous media, and removal was computed using first-order decay, for which a range of removal constants was tested. Longer roots increased the reactive volume of the root zone, which increased the fraction of pollutant inflow entering the FTWs. Increasing the distance between FTWs allowed greater mixing between water that went through and beneath the upstream FTW. This increased the concentration entering each FTW, which enhanced mass removal per FTW. However, a larger distance between FTWs reduced the number of FTWs in the channel, reducing the reactive volume. In the tradeoff between mixing and reactive volume, the reactive volume was more important, such that total removal in the channel increased with longer roots and more units of FTW (shorter gap distance). However, removing the gap entirely was detrimental, as FTWs in series removed more mass than a continuous FTW of same volume. This study points to two design recommendations for FTWs in series. First, if resources for building FTWs are not limiting, but the channel length is, it is preferable to prioritize higher reactive volume (shorter gap distance) to achieve maximum removal per channel length. Second, if resources for FTWs are limiting, but channel length is not, it is better to place the FTWs with a longer gap distance, preferably along enough to allow mixing over the full depth between FTWs, as this will achieve maximum removal per FTW.     

长垣县引黄供水工程水力过渡过程数值研究

采用了特征线方法对长垣县引黄供水工程事故停泵状态下的水力过渡过程进行研究分析,结果表明原设计不符合要求.结合工程实际情况,建议加大管径或是采取缓闭止回阀和充气阀的工程措施进行水锤防护.     

泡沫塑料滤层的雨洪入渗物理淤堵模拟试验研究

泡沫塑料是一种新型滤层材料,在海绵城市入渗系统中具有较好的应用前景,迄今仍存在不同雨洪悬浮物特征下滤层规格的选取以及淤堵之后如何维护等疑难问题。针对雨洪悬浮物淤堵问题,通过在典型场地取样调查分析,得出研究区域雨洪悬浮物粒径级配及浓度范围,采用室内试验来模拟泡沫塑料滤层的物理淤堵过程。将雨洪颗粒划分为5个粒组,分别制备悬浮物溶液,系统开展了滤层入渗模拟试验,建议了滤层选型原则。即对于粒径[0.1,0.25) mm以及<0.1 mm的细颗粒,与其相对应的具有最佳截留效果的滤层规格分别为80 ppi和100 ppi。采用组合级配悬浮物颗粒制备不同浓度的悬浮物溶液,针对两种规格的滤层,开展了入渗模拟试验,获得了泡沫塑料滤层渗透系数下降速度随悬浮液浓度的变化规律。即相同滤层孔径下,雨洪悬浮物浓度越高,滤层淤堵速度越快;相同悬浮物浓度下,滤层孔径越小,淤堵速率越快。滤出液浊度的分析结果也证明了渗透系数的变化规律。