深水水库排沙系统吸排与射流造浆协同机制

The coordination mechanism between sucking and jet-making process on slurry in piping desilting system for deep reservoirs is a core and hard nut for realizing the high efficient and steady desilting work, while the related researches are lacking. This research project can provide scientific and technological support to reservoir capacity recovery and normal operation for serious reservoir sedimentation. It will not only has great application value in engineering practice, but also play an important role in promoting the subject of engineering sediment..Based on existing achievements, this project is to be studied by means of generalized tests and theoretical analyses. Firstly, research the spatial distribution regularities of muddy water concentration under the jet hydrodynamic condition, and explore the inhibition mechanism from spatial distribution of muddy water concentration on scour-hole morphological development. Secondly, study the suction-hole morphological change law under the effect of piping desilting, and establish the calculation formula of suction-hole physical caving rate. Then, study the scour-hole morphological development mechanism under the coupling effect of sucking and jet-making process, and reveal the turbulent diffusion mechanism of muddy water during the sucking time. Finally, analyze the influence from high concentration water, scour-hole pattern, hydrodynamic condition, and layout pattern of jet nozzle on jet scouring efficiency, and establish the coordination mechanism between sucking and jet-making process on slurry under the complex hydrodynamic effect.

深水水库排沙系统吸排与射流造浆协同机制是管道排沙系统实现高效稳定清淤的核心内容与关键难点，目前关于这方面的研究颇为少见。开展该项研究可为严重淤积水库库容恢复和正常运行提供科技支撑，不仅在工程实践中具有巨大的应用价值，而且对工程泥沙学科发展具有重要的推动作用。.本项目拟在科学借鉴现有成果的基础上，采用概化试验及理论分析的方法，研究射流水动力条件下浑水体浓度空间分布规律，探讨浑水体浓度空间分布对冲刷坑形态发展的抑制机理；分析管道吸排作用下吸坑形态变化规律，建立吸坑自然塌落速率计算公式；探明管道吸排与射流造浆耦合作用下冲坑形态发展机制，揭示吸排作用对浑水体紊动扩散的作用机理；探究高浓度水体、冲坑形态、水动力条件、射流喷头布局模式等对射流冲刷效率的影响，建立复杂水动力作用下管道吸排与射流造浆协同机制。

深水水库排沙系统吸排与射流造浆协同机制是管道排沙系统实现高效稳定清淤的关键难点，然而现有成果用来支持水下高速射流配合下的管道排沙系统设计与作业操控仍显不足。.本项目结合系列概化试验、三维紊流数值模拟、理论分析等研究手段，分析了射流水动力条件下浑水体浓度空间分布规律，研究了管道吸排作用下吸坑自然塌落与形态发展过程及规律，探究了管道吸排与射流造浆耦合作用下吸排水动力条件对浑水体紊动扩散以及排沙效率的作用机理，建立了复杂水动力作用下管道吸排与射流造浆协同机制。该项研究可为严重淤积水库库容恢复和正常运行提供科技支撑，不仅在工程实践中具有巨大的应用价值，而且对工程泥沙学科发展具有重要的推动作用。取得的重要成果及关键数据如下：.（1）探明了管道排沙系统高速射流喷头冲沙效率变化规律，模拟分析了高速射流自由发展过程中各特征量的分布特性；构建了射流底泥冲刷速率随时间变化的幂函数分布表达式；揭示了射流冲刷机理，得出射流冲刷效率与射流发展中的阻力损失和到达床面时的能量损失直接相关。.（2）明确吸坑形态发展过程可分为开始、稳定、平衡三个阶段，吸坑深度、体积随时间呈反正切函数规律发展；得出不同泥沙特性与水动力组合条件下吸坑形态参数变化规律；建立了吸坑剖面与整体形态发展描述函数式。.（3）得出在单独射流造浆作用下，浑水体浓度场初期发展迅速，后期发展缓慢，泥沙纵向的扩散速度比横向的扩散速度大；增添了管道吸排作用后，降低了浑水体对射流冲刷效率的抑制作用，浑水体浓度及范围增大；构建了表征管道吸泥与射流造浆作用匹配关系的表达式。.（4）计算了不同体型吸泥头的局部流场结构特性，得出了有利于保持较高吸泥效率的吸泥头布设方案；建立了吸泥头及高速射流喷头群组合三维数值模型，分析了不同喷头群组布局模式对吸泥效果的影响作用机制；探究了管道吸排与喷头群组射流造浆协同机制，制定了合理的吸泥头及喷头整体布设方案。