粘性泥沙悬浮体系絮凝特性的初步研究

【摘要】：随着我国水利工程建设的发展,水库、港口淤积,河口治理和高含沙水流等问题日益突出,对高浓度粘性沙悬浮体系的研究具有十分重要的意义。 本文在总结国内外关于浑液面沉速公式的基础上,由极限絮团的概念出发,从力学角度推导出了极限絮团的大小,进而用极限絮团的群体沉速确定了浑液面的沉速。初步的计算结果表明,理论计算结果和试验结果吻合较好。 粘性泥沙悬浮体系在初始泥沙浓度达到一定程度的条件下,将形成絮网沉降。作者仍从极限絮团概念出发,并通过对絮网形成机理的研究,假设当絮团体积浓度为1时为絮网形成的标志,从而确定了形成絮网的临界浓度条件。计算结果发现形成絮网的临界体积浓度为0.042左右,与其他研究者的试验结果相吻合。 粘性泥沙的絮网沉降(或称整体沉降)过程分为等速沉降和压缩密实沉降两个阶段。对等速沉降阶段,作者从动量方程出发,给出了其沉降曲线的力学方程;对于压缩密实阶段,作者借用了土力学中的次固结理论。初步的模拟结果表明,该模型和试验结果吻合较好,但具体的应用有待于进一步研究。 粘性泥沙絮网沉降(或称整体沉降)受到多方面因素的影响,如容器尺度、泥沙粒径和泥沙浓度的影响。作者采用两种不同粒径的泥沙,研究了容器口径、容器高度、泥沙浓度和泥沙粒径对絮凝沉降过程的影响。初步的研究结果表面,容器口径小于65mm时,整体沉降沉速随着容器口径的增大而减小,容器口径大于65mm后,整体沉降沉速随容器口径的增大变化不大,将趋向于一个恒定值;容器高度越大,则整体沉降沉速越小;泥沙浓度越大,整体沉降沉速越小;泥沙中值粒径越大,整体沉降沉速越大。