Влияние перемещения наносов на гидравлику трубопропускных труб

Накопление и отложение наносов могут значительно снижать гидравлическую пропускную способность трубопропускных сооружений. До настоящего времени не проводилось существенных исследований поведения донного (bed load) транспорта и влияния форм дна на гидравлику течения в трубопропускных трубах. Основная цель данного исследования состояла в изучении механизмов переноса наносов в трубопропускной трубе и разработке методики и экспериментальной установки для их надежного исследования. Исследование было ограничено переносом аллювиального материала размерностей песка и гравия в трубах и коллекторах. В диссертации разработано полуэмпирическое уравнение донного транспорта на основе существующих моделей открытого русла для прогнозирования выноса наносов в применениях, связанных с трубопропускными сооружениями. Были исследованы условия сдвига, соответствующие началу движения частиц, и критические напряжения сдвига для применения в восьми эмпирических моделях. Проанализированные методы включают Meyer-Peter Müller, Engelund and Hansen, Shields, Toffaleti (как реализовано в программе HEC-RAS Корпуса инженеров армии США), Schoklitsch, DuBoy, Yang и Rottner. Эти методы были проверены на точность прогнозирования по данным физической модели донного транспорта, полученным в трубопропускной трубе диаметром 304.8 мм (11.89 in). Испытания проводились в режимах полностью напорного, частично напорного с контролируемым входом и открытого потока для различных уровней дна и форм донных структур. Были представлены режимы формирования дна и соответствующие влияния сопротивления на энергию потока для лучшего понимания их гидравлических последствий в применениях трубопропускных сооружений. Проведен обширный обзор литературы по переносу наносов в открытых руслах и закрытых трубопроводах с целью создания базы знаний для дальнейших исследований в этой области. В обзоре суммируется современный научный массив, применимый к переносу наносов в трубах, и цитируются как исторические, так и современные работы. Представлена испытанная методика исследования донного транспорта наносов в трубопропускных сооружениях. Описана разработка процедуры для испытаний критических пределов сдвига и донного транспорта. Приведен подробный пример применения. Даны рекомендации по изменениям в методиках испытаний и физическом моделировании для следующего поколения исследований по переносу наносов в трубопропускных сооружениях.