РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ ПОТОКА ГИДРОСМЕСИ
Распределение скоростей по живому сечению потока гидросмеси играет существенную роль в теории гидротранспорта. Все задачи, связанные с транспортирующей способностью потока гидросмеси, и вообще все вопросы взвешивания наносов могут рассматриваться только совместно с вопросом о распределении скоростей по сечению потока.
В практических расчетах гидротранспорта необходимо знать, какое количество твердого материала способен нести данный поток и какое количество энергии для этого необходимо Распределение скоростей по сечению потока гидросмеси обусловливается в основном характером распределения твердых частиц в потоке. Действительно, крупность твердых частиц, их плотность и форма — все это отражается на кривой распределения консистенции гидросмеси по сечению потока. Поэтому целесообразно распределение скоростей по сечению потока гидросмеси характеризовать одним параметром — кривой распределения консистенции.
Между кривыми распределения скоростей и консистенции гидросмеси существует зависимость. При увеличении консистенции гидросмеси, особенно когда поток насыщен крупными тяжелыми частицами, последние стремятся двигаться у дна потока, обусловливая большее сопротивление движению нижних слоев жидкости. Следовательно, в нижних слоях движение затормаживается, и придонные скорости уменьшаются. Это затормаживание движения распространяется и на вышележащие слои до некоторой «отметки», на которой скорости имеют максимальное значение. В напорных потоках эта линия наибольших скоростей, называемая иногда кинематической осью потока, никогда не опускается ниже геометрической оси потока (рис. 100). Для потоков однородной жидкости (рис. 101) геометрическая ось (ось трубы) и кинематическая ось потока совпадают.
В потоках, несущих мелкие взвеси при малой насыщенности, основную роль в процессе взвешивания играет характер и интенсивность турбулентного перемешивания, а в потоках большой консистенции в некоторой области величин средней скорости значительную роль играет характер распределения по вертикали осредненной по времени локальной скорости.
На рис. 102 изображена эпюра распределения скоростей, построенная совместно с соответствующей ей кривой распределения консистенции по опытным данным, а на рис. 103 показано распределение скоростей при гидротранспорте в виде изотах.
Упрощенной и в настоящее время наиболее широко применяемой формулой для определения распределения скоростей, полученной на основе теории Прандтля—Кармана,- является следующая:
Характеристики турбулентности не остаются постоянными при изменении условий движения жидкости. Особенно параметр В зависит от параметра Кармана х. Опытами доказано, что х зависит от шероховатости, скорости и даже поперечных размеров потока1. Ф. А. Шевелев опытным путем получил следующую зависимость х от диаметра трубы:
Влияние наносных и гидравлических характеристик потока на величину х А. А. Эйнштейн выразил следующим образом:
Как видно из формул, значение х над потолком взвешивания больше, чем в нижних слоях потока, насыщенных твердыми частицами.