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粘性泥石流掺气减阻作用初探
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【水电站实习报告】摘要:根据野外泥石流观测资料,分析了泥石流掺气与降粘减阻现象,建立了泥石流掺气量与流速的经验公式,并根据泥浆掺气降粘减阻的试验,揭示了泥石流掺气降粘减阻机理,提出了泥石流屈服应力与气体含量及固体浓度的经验公式。本文对解释泥石流减阻,预估泥石流流变特性有重要意义。 关键词:泥石流 掺气 减阻 (1.清华大学;2.中科院成都山地灾害与环境研究所;3.台湾成功大学) 基金项目:自然科学基金资助项目(49671008) 作者简介:韩文亮(1945-),男,清华大学副教授。 1 前言 流体减阻问题自从Toms[1],Kramer[2]先后发现高分子稀溶液或弹性材料护面都能实现粘性减阻以来,已经近半个世纪了,由于工业生产中到处都存在粘性流体,而减阻技术又直接为节约能源、提高效率服务,因而倍受重视。近年来减阻研究取得了长足发展,在国际上已召开多次有关‘减阻’学术会议,减阻已发展成一门专门独立学科。除航空、航海外,管道输送中开展了大量减阻研究,以及在石油管道中除加热降粘减阻外,还开展了磁减阻、水环减阻[3]等,而高浓度高粘度固液两相流体减阻,近年来也进行了一定的实验研究。例如在煤的液化技术中,在水煤浆中加入有机添加剂减阻或掺气减阻[4];在封闭式采矿中对高浓度全尾矿砂边壁加水减阻[5]等等。但对于含有粗颗粒,甚至块石的组成更复杂的泥石流,这种自然形成的固液两相流减阻现象研究的较少。 泥石流作为一种高浓度的固、液混合的流变体,由于它暴发突然、来势凶猛、破坏力强,严重地影响着山区的建设和经济发展。为了更好地解决泥石流灾害防治实践中提出的问题,近半个世纪,对泥石流流变机理进行了大量实验研究。对泥石流流变特性有了进一步认识。实验发现粘性泥石流龙头高速流动时可掺入一定量的气体,掺气后作为固、液、气混合流变体,来探讨其中的气体对流变特性的影响,还很少进行研究。本文主要介绍粘性泥石流掺气减阻现场观测的结果及减阻机理。 2 粘性泥石流的流变特性及减阻现象 高浓度粘性泥石流由于
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