[发明专利]一种长距离泥浆管道输送动态模型及应用

权利要求书

1.一种基于长距离泥浆管道输送动态理论模型，其特征在于，所述理论模型，包括输送浆体管路摩阻I_m，公式如下：

式中，

I_m为输送浆体摩阻损失(mH₂O/m)；α为与浆体相对粘滞系数有关的修正系数；V_ss为泥沙颗粒沉速；

λ为输送清水时的管道沿程阻力系数；V为输送流速(m/s)；g为重力加速度(m/s²)；D为管道内径(m)；γ_m为浆体的容重(t/m³)；γ_w为输送载液的容重(t/m³)；γ_s为固体的容重(t/m³)；K_m为试验系数，经实测数据率定，取值为1120；μ_s为摩擦系数，一般取0.44；C_vd为浆体中固体颗粒体积浓度；

Re是雷诺数(无量纲数)；Δ为管壁当量粗糙度；

V_c为临界流速(m/s)，选用了规范公式(JTS 181-5-2012)该公式在本领域已为现有技术，所以各个参数省略了注解：

V_c＝(90C_V)^1/3·g^1/4·D^1/2·ω^1/2·d_m^-1/4 (6)

进而，所述理论模型还包括总沿程水头损失h_m、进口水头损失h_jm、出口水头损失h_jou、爬高水头损失h_H、管路总水头损失h_mt；总沿程水头损失h_m为每段管道沿程水头损失的总和，管路总水头损失h_mt为所有水头损失的和；

它们的计算公式分别如下：

h_m＝∑(I_m·L·k) (7)

式中，k为长度折算系数，由管道类型确定；L为各管段管道长度；ξ_in为进口水头损失系数，ξ_out为出口水头损失系数；管道进口为扩口，管道出口为缩口，v_in为入口速度，v_out为出口速度；H_down，H_tide，H_up分别为绞吸船挖深、潮位和管路在陆地上的爬高；γ_m为浆体混合密度，通过浓度进行换算，公式如下：

γ_m＝(γ_s-γ_w)·C_vd+γ_w (11)

管路总水头损失h_mt：

h_mt＝h_jin+h_jout+h_H+h_m (12)

进而，所述理论模型还包括某浆体流量条件下对应的瞬时清水扬程H_w1、泥泵在某浆体浓度条件下的扬程H_m；

推理过程如下；

该船所用水下泵和舱内泵的清水额定扬程H_we-清水额定流量Q_we关系通过多项式进行拟合，分别满足如下关系式：

水下泵额定转速n_we1，两台舱内泵额定转速都是n_we2；浆体流量Q_w1-泥泵转速n_w1存在如下关系：

通过式(13)获得相应的额定清水扬程H_we；

通过式(14)获得泥泵在某流量Q_w1、转速n_w1下对应的额定清水流量Q_we；

额定清水扬程H_we和瞬时清水扬程H_w1又满足如下关系式：

如此，计算得到某浆体流量条件下对应的瞬时清水扬程H_w1；

根据Stepanoff经验公式，压头下降比HR表示为：

HR＝1-(0.8+0.6logd_m)·C_vd (16)

式中，d_m为浆体颗粒平均粒径，C_vd为浆体体积浓度；

同时，压头下降比HR表示为：

综合式(16)-(17)，求得泥泵在某浆体浓度条件下的扬程H_m；

进而，所述理论模型还包括管道内浆体总质量M、浆体加速度a、当前时刻浆体流速V_t；

它们的公式和推理过程为：

浆体加速度a为：

则下一时刻，浆体流速V_t+1为

V_t+1＝V_t+a (20)

式中，V_t为当前时刻浆体流速。