疏浚管道加气输送阻力特性研究

熊 庭 范世东 朱汉华 阳子轩

（武汉理工大学能源与动力工程学院 武汉 430063）

在绞吸式挖泥船疏浚排泥过程中，设法减小管道阻力可以降低管道磨损并节省能源.由于输送泥浆具有浓度高、流量大、易沉淀等特点，并且疏浚工程对场地和经济性有一定限制，所以在管道内注入空气来减小管道阻力是比较理想的技术［1－2］.S.I.Farooqi等在20世纪80年代研究了在光滑水平管道内气－液两相流动的压降分析［3］.N.I.Heywood等分析了在水平圆管内的气体与非牛顿流液体两相分层流动，将气液两相流动与单相液体压力梯度进行了比较，并提出了评价气体减阻效果的评价指标［4］.2005年，A.Orell建立了适应于沉淀和非沉淀的牛顿流的加气输送的一维数学模型［5］.本文结合疏浚工程泥浆输送的实际情况，分别分析了分层流动和段塞流动模型，并证明在泥浆处于分层流动状态下，注入气体可以产生一定的减阻效果.

1 水力模型

1.1 分层流动模型

泥浆和水均匀混合时，可以作为非牛顿流体分析，当气体和泥浆流速较低时，管道内部形成分层流动.对于均匀悬浮的分层流，见图1.

图1 分层流示意图

在管道内部气液两相流速不一致，存在相对运动，动量守恒方程如下：

式中：A为每相液体的流动面积；τw为管壁剪切应力；S为单位管长每相与管壁接触面积；τi为气液界面剪切应力为两相在管道内的压力梯度.

式（5）适用于Ug＞Ul，在气体流动小，液体流速大时，中国科学院吴晶禹对该公式进行了修正［6］

结合式（1）～（6），得到……