沉降性浆体在水平管道内流动时清水搬运固体颗粒的机制与机理,以及管道内各种速度分布与管道水力坡度的计算方法,一直是从事浆体管道输送技术的专家学者们十分关注和要攻克的难题之一。一个世纪以来,人们对此进行了大量的试验研究和理论研究,并取得了许多研究成果,已经提出了一些计算水力坡度的公式、迁移速度的公式和预计沉降性浆体各种速度分布、浓度分布的计算公式。在这些成果之中,有根据试验获得的试验研究成果,有通过理论分析所获得的纯理论研究成果,也有既有试验又有理论的综合成果。然而由于沉降性浆体流动机理的复杂性和流动状态的多样性,到目前为止,还没有哪一个研究成果能够比较清楚的解释沉降性浆体流动时,清水搬运固体颗粒这一关键性问题。同时,预计结果与试验测试结果之间有较大的偏差。因此,进行该理论的研究,有助于发展浆体物料的长距离管道输送,且对固、液两相流理论的研究和发展产生巨大的推动作用。 本文主要进行了根据普朗特半经验理论公式在研究管流及明渠中的紊流速度分布的成功应用,将此方法用于研究弓形断面的紊流速度分布,进而得到了管道中具有静止堆积层时的紊流速度分布,并设计了实验来加以验证弓形断面的紊流速度分布公式;在原有的非均质流速度分布模型的基础上,考虑了干涉力对固体颗粒速度的影响;同时将固体颗粒所处的运动状态作为判断使用哪种计算公式的标准,这样就将原来的三个计算模型统一为一个计算模型,不但提高了计算的准确程度,而且使模型简化,便于计算和应用;将广泛应用的由扩散理论得到的浓度分布公式结合由清水和固体颗粒之间的动量传递分析得到的速度分布公式,构成速度分布和浓度分布耦合模型,用于求解计算在一定条件下的沉降性浆体速度分布和浓度分布,并通过算例来验证速度与浓度分布耦合模型;根据具有静止堆积层的管道紊流速度分布,并结合固体颗粒的起动条件,得到了计算起动速度的计算模型,并用实例计算分析了影响因素对起动速度的影响趋势;根据沉降性浆体速度分布模型,并判断底层固体颗粒的运动条件,从而分析得到了计算堆积速度的计算模型,并用算例进行了模型验证和分析了影响因素对堆积速度的影响趋势;根据沉降性浆体速度分布模型以及推移质层厚度计算公式,判断当推移质层厚度为零时,所得的浆体平均速度就是浮游界限速度,并用算例进行了模型验证和分析了影响因素对浮游界限速度的影响趋势:根据沉降性浆体速度分布与浓度分布耦合模型,并结合瓦斯普判断伪均质流的准则,得到了计算均质流界限速度的计算模型,并用算例进行了模型验证和分析了影响因素对均质流界限速度的影响趋势;由沉降性浆体速度分布模型,可以计算得到动量交换前清水的平均速度,根据清水的平均速度能够计算清水流经管道的摩阻损失,它也就是输送浆体的管道摩阻损失,这就得到了水力坡度的计算公式,依据此公式计算浆体平均流速从低到高的所有水力坡度,从而得到水力坡度最小时的浆体平均速度,即临界速度。同时,也用算例进行了模型验证和分析了影响因素对临界速度的影响趋势。