淹没射流垂直冲刷过程悬沙特性试验研究
黄佳丽1, 2，王勇3，顾 磊1, 2，倪福生1, 2
(1.河海大学疏浚技术教育部工程研究中心，江苏 常州 213022）
(2.河海大学机电工程学院，江苏 常州 213022)
(3.江苏省水利机械制造有限公司，江苏 扬州 225001)
摘要：射流冲刷作为水库清淤手段已有较广泛的应用，冲刷过程中的悬沙特性是衡量清淤效果的重要指标，为此对淹没射流冲刷过程的悬沙特性开展了试验研究。改变射流速度和喷射靶距进行了系列二维平面射流冲刷粗沙的试验，摄录了不同射流参数下的悬沙高度和悬沙宽度的变化过程。结果显示，悬沙高度与悬沙宽度随时间变化会出现一个峰值，并最终在很小的范围内波动；悬沙高度与悬沙宽度随射流速度和喷射靶距的增加基本呈线性增加；随冲刷参数数值的增加，悬沙相对喷射靶距的无量纲尺寸呈线性增加。
关键词：悬沙高度；悬沙宽度;射流速度;喷射靶距;射流清淤
中图分类号：TV131 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2019)05-0096-05
水流挟带的上游泥沙会在水库内沉积，长时间淤积后将影响水库的防洪、灌溉、供水、发电等能力，严重时会使水库大坝的侧压过大而危及水库及其周边人民生命财产的安全。利用射流冲刷泥沙是水库清淤的重要手段之一。射流清淤是通过高压水射流垂直冲刷沉积的泥沙，使泥沙悬浮于水中，形成异重流，并在天然水流或调水调沙下泄水的作用下输送泥沙。近年来，射流冲刷方式已得到较广泛的应用，如黄河潼关河段、小浪底水库等都分别实践过射流清淤，获得了较好的成效。
国内外许多学者对淹没射流冲刷泥沙开展了研究。文献通过圆柱射流对松散无黏性沙床的冲刷实验，获得了动态冲刷深度的相关规律；齐梅兰等基于泥沙起动理论和平面射流运动规律，建立了射流冲刷平衡深度计算式，并采用不同泥沙粒径和射流参数下的冲刷实验数据验证了计算式的有效性；槐文信等基于Fluent软件对二维垂向射流冲刷沙床进行了数值模拟研究，提出了冲刷平衡时获得冲刷坑深、坑宽等特征值的半经验公式；张浩等针对粗沙沙床条件下二维垂向淹没射流冲坑深度进行了实验研究，探索了射流速度对动态沙坑深度的影响；申振等基于泥沙动力学和射流冲刷理论，针对粗沙和中沙沙床在不同靶距下进行了淹没射流冲刷实验，分析了冲刷开始10s内坑深的发展规律；顾磊等探究了双股射流冲刷时喷嘴间距对冲刷坑形、冲坑深度和冲坑截面积的影响；刘思源基于两相流模型和湍流模型，对不同粒径的沙床进行了二维垂向淹没射流冲刷的数值模拟，研究了粒径和射流速度对沙床冲刷坑深的影响。
由此可以看出，现有研究大多将冲刷沙坑作为衡量冲刷效果的关键指标，而较少从射流悬沙特性的角度进行研究。水库清淤的最终目的是通过异重流和水流将泥沙挟带至泄沙口，泥沙悬浮高度越高，则泥沙输移距离越远，悬沙范围越广则输移产量越高，而悬沙高度与悬沙宽度是衡量悬沙范围的两个指标。因此，本文从射流冲刷所形成悬沙高度和悬沙宽度的角度出发，开展平面淹没射流冲刷泥沙的实验，以期为射流清淤工程提供参考。
1 试验装置及方法
试验所用装置如图1所示。所用水槽由透明有机玻璃板构成，长1 300mm，宽300mm，高1 000mm，两侧900mm处设有溢流挡板。平面喷嘴出口尺寸为290mm×2.5mm，采用精加工工艺保证出口宽度误差在±0.005mm内。
基金项目：国家重点研发计划（2018YFC0407404）；江苏省科技成果转化专项（BA2016143）
作者简介：黄佳丽（1995—），女，硕士研究生，主要研究方向为疏浚设备与技术，15051972357@163.com. | 
最新图文
