一种气动冲沙清淤效果预测方法技术

本发明专利技术公开了一种气动冲沙清淤效果预测方法，属于射流冲淤技术领域，包括：测量水体紊动强度，分析断面测点流速；确定试验因素及因素的参数范围进行组合试验；记录试验因素及参数范围，测量冲刷坑的最大深度以及冲刷坑体积参数；分析试验数据，明确冲刷坑最大深度和冲刷坑体积与各个试验因素之间的相关关系，该气动冲沙清淤效果预测方法具有量化冲淤效果、预测冲淤能力的优点。在实际工程的应用中，能够指导最佳冲淤效果方案的提出并预测冲淤情况。指导最佳冲淤效果方案的提出并预测冲淤情况。指导最佳冲淤效果方案的提出并预测冲淤情况。

【技术实现步骤摘要】
一种气动冲沙清淤效果预测方法


[0001]本专利技术属于射流冲淤
，具体涉及一种气动冲沙清淤效果预测方法。

技术介绍

[0002]河口、水库、水闸、湖泊、河道主槽泥沙局部淤积问题普遍存在，带来了巨大的不利影响，针对泥沙局部淤积问题，国内外学者做过广泛研究，并形成一系列应用技术，传统机械清淤措施的成本较高、应用范围有限，且常规的泄水冲沙问题效率较低。
[0003]目前现状是局部淤积问题普遍存在，传统清淤方式存在诸多不足，如果盲目将清淤方式应用于工程会提高成本，清淤效果难以保证，在清淤之前无法判断并得出何种因素实现最佳的冲沙效果以及预测冲淤能力，因此，需要研发一种气动冲沙清淤效果预测方法来解决现有的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种气动冲沙清淤效果预测方法，以解决气动冲沙中无法判断何种因素实现最佳的冲沙效果以及预测冲淤能力的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种气动冲沙清淤效果预测方法；包括：测定断面测点流速，分析水体紊动强度；确定试验因素及试验因素参数范围，进行组合试验；记录测量试验因素的参数，冲刷坑的最大深度以及冲刷坑体积参数，形成试验数据；分析试验数据，得出冲刷坑最大深度和冲刷坑体积与试验因素之间的预测方程。
[0006]优选的，在分析水体紊动强度之前，需建立试验水槽，布置气动冲沙装置，在试验水槽中铺设密实程度相同的原型沙或模型沙，气体喷出方向为冲沙区域中心位置。
[0007]优选的，试验因素包括：气嘴至槽底的距离A、气压B、水深C、气嘴孔径D、气嘴角度E，气嘴至槽底的距离A为喷嘴高程与床沙表面高程之差，当气嘴伸入床沙中，喷嘴至槽底距离便为负值。
[0008]优选的，所述水体紊动强度的分析方法如下：设置采样频率为25Hz，单点测量时间为45s；对所采集时间序列数据做计算处理，分别得到水平向时均流速、垂向时均流速，以及水平向时均流速对应的脉动流速、垂向时均流速对应的脉动流速，用脉动流速的均方根表示紊动强度，用水体密度与脉动流速、二
阶相关矩乘积的负值表示紊动切应力，设动力与重力相同，水槽模型中的水流与原型水流所受的重力加速度相同，压强比尺等于长度比尺，得： 式中，为时间比尺，为压强比尺。
[0009]优选的，所述测量冲刷坑的最大深度包括：通过测量设备测量冲刷坑的最大深度，所述测量设备包括：连接机构、滑槽、调节机构以及测针；所述连接机构架立于水槽之上，并与地面垂直；所述滑槽包括上滑槽以及下滑槽，所述下滑槽安装在连接机构上，所述上滑槽安装在下滑槽之上，所述上滑槽与下滑槽之间设置有第一滑块使上滑槽沿下滑槽上下游方向滑动，且所述上滑槽设置有手旋拧紧结构；所述调节机构安装于上滑槽之上，且所述调节机构与上滑槽设置有第二滑块使调节机构沿上滑槽垂直上下游滑动；且调节机构上连接测针、连接读数尺，并能够手动调节测针高度。
[0010]优选的，所述气动冲沙装置包括：空气压缩机以及排气设备。
[0011]优选的，所述确定因素因素和试验因素的参数范围进行组合试验包括：采用正交试验法，挑选出试验因素和试验因素的参数进行组合试验，在气动冲沙浑水试验中，分析所述试验因素对冲刷坑最大深度与冲刷坑体积的影响，混合正交试验设计及试验结果。
[0012]优选的，所述分析试验数据包括采用方差分析法分析试验数据，所述试验数据的来源包括：组内差异以及组间差异，不同组之间实验条件的差异导致组间差异大于组内差异，将组间差异与组内差异的比值与分布临界值F进行判断，若F值大于1，则实验条件的影响显著，同时用水深P值判断，若P值小于0.05，则说明因素显著。
[0013]优选的，所述得出冲刷坑最大深度和冲刷坑体积与各个因素之间的预测包括：设置冲刷坑最大深度为H
max
、冲刷坑体积为V，利用多项式回归，通过方差分析得到冲刷坑最大深度H
max
和冲刷坑体积V的回归方程，如下式所示：如下式所示： 通过回归方程预测冲刷坑的最大深度和冲刷坑体积，并与不同水、气参数条件下的试验实测值作出对比，相对偏差值为试验实测值和预测值的差值与试验实测值之比。
[0014]本专利技术的技术效果和优点：该气动冲沙清淤效果预测方法，通过室内水槽试验，选取影响冲淤效果的主要参数，量化冲淤效果，预测冲淤能力，能够高效的应用在工程中；在对喷嘴处局部水体的紊动特性研究中，得出了断面紊动强度随压强的增大而增大，冲击槽底形成近底部较强的水流紊动，底部紊动切应力随距离增加而迅速衰减，在浑水试验中，排气的前8min是冲刷的高效时段；通过正交试验方差分析发现气压和距离是决定冲沙效果的显著因素；利用多项式回归，拟合出冲刷坑最大深度与体积的预测公式，预测值与实测值较为吻合，解决了无法判断并得出何种因素实现最佳的冲沙效果以及预测冲淤能力的问题，通过测量断面测点流速，分析水体紊动强度，提高了预测的精确度。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的流程示意图；图2为泥沙级配曲线图；图3为测量设备的正视图；图4为测量设备的左视图；图5为测量设备的俯视图；图6为气动冲沙各试验参数示意图；图7为冲刷坑最大深度与体积随排气时间变化曲线图。
[0016]图中：11、连接机构；12、上滑槽；13、下滑槽；14、调节机构；15、测针。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]本专利技术提供了如图1中所示的一种气动冲沙清淤效果预测方法，包括：步骤1：建立试验水槽，在水槽中铺设密实程度相同的原型沙，气嘴喷出方向为冲沙区域正中即中心位置；本实施例中，试验水槽总长15.0m，宽0.7m，深1.5m。气动冲沙装置由空气压缩机、排气设备组成，排气设备可根据试验需求调节位置、角度等。空气压缩机排气压力为0.8MPa，容积流量为1.1m3/min，空气压缩机可根据实验要求调整气压、气量等；为确保每次试验铺沙密实程度相同，每次试验测量结束后将冲淤区域内的剩余泥沙重新搅动，并铺上提前浸泡过的原型沙，再进行相同的压实工作，以保证每次铺沙的密实程度相同；步骤2：分析水体紊动强度，测定断面测点流速；使用ADV（Acoustic Doppler Velocity）测定水体紊动强度，ADV采样频率设置为25Hz，单点测量时间约45s；为分析断面测点流速，对所采集时间序列数据做计算处理，设置采样频率为25Hz，单点测量时间为45s；对所采集时间序列数据做计算处理，分别得到水平向时均流速、垂向时均流速，以及水平向时均流速对应的脉动流速、垂向时均流速对应的脉动流速，用脉动流速的均方根表示紊动强度，用水体密度与脉动流速、二阶相关矩乘积的负值表示紊动切应力，设动力与重力相同，水槽模型中的水流与原型水流所受的重力加速度相同，压强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动冲沙清淤效果预测方法，其特征在于：包括：测定断面测点流速，分析水体紊动强度；确定试验因素及因素的参数范围进行组合试验；记录测量试验因素的参数、冲刷坑的最大深度以及冲刷坑体积参数，形成试验数据；分析试验数据，得出冲刷坑最大深度和冲刷坑体积与试验因素之间的预测方程。2.根据权利要求1所述的一种气动冲沙清淤效果预测方法，其特征在于：在分析水体紊动强度之前，建立试验水槽，布置气动冲沙装置，在试验水槽中铺设密实程度相同的原型沙或模型沙，气体喷出方向为冲沙区域中心位置。3.根据权利要求1所述的一种气动冲沙清淤效果预测方法，其特征在于：所述试验因素包括：气嘴至槽底的距离A、气压B、水深C、气嘴孔径D、气嘴角度E，气嘴至槽底的距离A为喷嘴高程与床沙表面高程之差，当气嘴伸入床沙中，喷嘴至槽底距离便为负值。4.根据权利要求2所述的一种气动冲沙清淤效果预测方法，其特征在于：所述水体紊动强度的分析方法如下：设置采样频率为25Hz，单点测量时间为45s；对所采集时间序列数据做计算处理，分别得到水平向时均流速、垂向时均流速，以及水平向时均流速对应的脉动流速、垂向时均流速对应的脉动流速，用脉动流速的均方根表示紊动强度，用水体密度与脉动流速、二阶相关矩乘积的负值表示紊动切应力，设动力与重力相同，水槽模型中的水流与原型水流所受的重力加速度相同，压强比尺等于长度比尺，得： 式中，为时间比尺，为压强比尺。5.根据权利要求1所述的一种气动冲沙清淤效果预测方法，其特征在于：通过测量设备测量冲刷坑的最大深度，所述测量设备包括：连接机构（11）、滑槽、调节机构（14）以及测针（15）；所述连接机构（11）架立于水槽之上，并与地面垂直；所述滑槽包括上滑槽（12）以及下滑槽（13），所述下滑槽（13）安装在连接机构（11）上，所述上滑槽（12）安装在下滑槽（13）之上，所述上滑槽（12）与下滑槽（13...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨啸宇，沈南北，王逸飞，丁磊，缴健，窦希萍，罗勇，陈犇，孙洁莹，陈书宁，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：