Гидротранспорт речных наносов в напорных системах

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. Одним из важнейших вопросов в мире является разработка методов сохранения полезного объёма водоёмов, очистка и предотвращение от заиления гидротехнических сооружений, таких как водохранилища, отстойников различного назначения, аванкамер насосных станций. В этой связи особое значение имеет усовершенствование технологии подачи двухфазного потока, состоящего из твёрдых частиц (речных наносов) и транспортирующей сплошной среды с помощью трубопроводов. В этом направлении особое внимание в практике развитых государств, в том числе в США, Германии, России, Китае и в др., уделено проектированию гидротехнических сооружений, аванкамер насосных станций, водохранилищ, отстойников, их эффективному использованию и обеспечению безопасности, а также повышению полезного объёма. В мире ведутся целенаправленные исследовательские работы, направленные на разработку надёжных и энергосберегающих новых технологий по очистке водоёмов от речных наносов. В этой связи, одной из основных задач является разработка новых методов и технологий, направленных на предотвращение процессов заиления гидротехнических сооружений и транспортирование речных наносов по трубопроводному транспорту. В настоящее время в Республике ведутся обширное исследования, направленные на эффективное использование водоёмов, сохранения полезного объёма водохранилищ и отстойников,разработке новых методов и конструкций по их очистке от заиления. В этом направлении в том числе требуется создание, усовершенствование и внедрение новых энергосберегающих устройств по очистке водных бассейнов от речных наносов. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 гг. поставлены задачи, в том числе “уменьшение расхода энергии и ресурсов в экономике, широкое применение энергосберегающих технологий в производстве, расширение применения возобновляемых источников энергии, повышение эффективности труда во всех отраслях экономики”1. В этой связи важное значение имеет разработка рациональных методов и технологий по очистке от заиления с помощью напорных трубопроводов с различными уклонами, и мероприятий по очистке гидротехнических сооружений от заиления, в том числе проектированию водохозяйственных сооружений, созданию и усовершенствованию методов движения двухфазного потока (речные наносы) в трубопроводах для эффективного использования их. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан Стратегий действий по пяти приоритетным направлениям развития Узбекистана в 2017-2021 годах, У П-4947 от 7 февраля 2017 года Постановлении Президента ПП-3286 от 25 сентября 2017 года “О мерах усовершенствования системы защиты водных объектов”, Постановлении ПП-1958 от 19 апреля 2013 года “О мерах по дальнейшему улучшению мелиоративного состояния орошаемых земель и рациональному использованию водных ресурсов”,в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПП-3405 от 27 ноября 2017 года “Государственная программа по улучшению мелиоративное состояние орошаемых земель и системы ирригации в 2018-2019 годах” и другими нормативно-правовыми документами, принятых в этом направлении. Цель исследования состоит в усовершенствовании технологии гидротранспорта осевших наносов в водоемах и гидротранспорте речных наносов в напорных трубопроводах с различными уклонами. Научная новизна исследования заключается в следующем: разработана новая конструкция струйного аппарата, обеспечивающая гидротранспорт речных наносов в трубопроводах с обратным уклоном; обосновано влияние энергии потока на процесс транспорта речных наносов в трубопроводах с обратным уклоном с учётом гравитации и пропускной способности трубопровода с учётом режима движения; обоснованы конструктивные параметры разработанного струйного аппарата для очистки водоемов от речных наносов с учётом напора воды; усовершенствован метод определения критической скорости взвесенесущего потока в напорных трубопроводах с обратным уклоном с учётом мутности. Заключение На основе проведенных исследований по диссертации доктора философии (PhD) на тему: «Гидротранспорт речных наносов в напорных системах» представлены следующие выводы: 1. На основе анализа работ, посвященных исследованию движения двухфазного потока, предложена модель движения двухфазной смеси в круглой цилиндрической трубе с учетом уклона потока. В результате разработанные расчетные зависимости дают возможность определить параметры взвесенесущего потока. 2. Обоснованы параметры струйного аппарата для очистки водоемов от речных наносов с учетом энергетических характеристик потока. Установлено, что для работы струйного аппарата необходимо создать разность давлений, обеспечивающей передачу энергии от потока, обладающего большим её запасом к потоку, обладающему меньшим запасом энергии. По результатам исследований разработана конструкция струйного аппарата (Патент № FAP 00490), который даёт возможность предотвращения заиления сооружений. 3. Па основании обработки имеющихся данных, а также данных специально поставленных экспериментов, установлены зависимости коэффициентов расхода, скорости и сопротивлении струйного аппарата от числа Рейнольдса, действительные в определенных пределах изменения (Re = 7000 - 50000). В результате обоснована зависимость гидравлических элементов струйного аппарата от режима движения. 4. Па основе статистической обработки результатов экспериментов выявлен характер зависимости местных сопротивлений от числа Рейнольдса, вызванных наличием взвешенных частиц наносов, при различной глубине всасывания. По результатам исследований разработана установка для очистки водоемов от речных наносов (Патент № FAP 00937). Разработанный гидроэлеватор даёт возможность для очистки водоемов от речных наносов. 5. Разработана расчетная формула для определения критической скорости движения гидросмеси в трубопроводах струйного аппарата: 6. Установлено критическое значение относительного напора А^о75>н при котором средняя скорость во всасывающем трубопроводе меньше, чем критическая .9 < .9^,, при этом гидротранспорт частиц наносов прекращается т.е. концентрации 5 = 0. В результате получена возможность определения необходимого напора для транспорта наносов в трубопроводах с обратным уклоном.