论文部分内容阅读
城市排水管道现行设计中,一般以自清流速作为管道设计最小流速来控制,最小流速往往仅根据污水管、雨水管或合流管在相应管径条件下提出一固定值,然后按单相均匀流动来处理。这种处理方法只有在固体杂质颗粒情况比较简单、含量很低的前提下,才是可以接受的近似。从各地排水管道的运行历史及近年来的研究成果来看,这种处理方法以及基于经验将固定的最小流速作为设计中控制流速的设计标准没有坚实的理论依据,存在着一定的缺陷。实际排水管道中泥沙及固体杂质颗粒的浓度、粒径、密度、粘性等特性的存在使得管道内污水的流动特性与清水相比发生了改变。本文将污水视为固液两相流,在现有两相流的研究成果特别是费祥俊教授在能量理论方面的研究成果的基础上,从能量守恒的角度建立了满流和非满流污水管道的水力坡度计算模型,进而利用最小二乘法对污水中固体杂质颗粒处于不同移动状态的平均流速U和水力坡度J的数据组进行拟合,并根据两相流中J～U关系曲线的最低点所对应的流速为临界流速的理论,即管底开始出现沉积物的临界情况,推导出满流与非满流状态下排水管道的临界流速(即最小设计流速)计算模型。通过本文所建立的水力坡度计算模型和临界流速计算模型,并结合典型城市污水水质资料进行计算分析,得出以下结论:(1)满流排水管道的临界流速(即最小设计流速)与管径和污水中固体杂质颗粒的特性有一定的关系,临界流速随着管径、颗粒尺寸、密度的增大呈不同程度的增大。(2)非满流排水管道的临界流速与污水中固体颗粒尺寸、密度等特性以及管径、管材糙率等因素有密切的关系,临界流速随着管径、颗粒粒径和颗粒密度的增大呈不同程度的增大,管道的输水能力随着管材糙率的减小而增大。因此,在相同的管径以及相同水质条件下,相同的设计坡度所对应的流速值,粗糙系数小的管道要明显高于粗糙系数大的管道,也就是说粗糙系数小的管道的排污能力要优于粗糙系数大的管道。(3)根据本文建立的非满流管道J～U关系曲线,可以得出污水的临界流速(最小设计流速),并且可以直接查出不同管材、不同管径的排水管道临界流速(最小设计流速)所对应的设计坡度即最小设计坡度,克服了传统设计中根据经验来具体规定的弱点。