Bezinken van zand in hopperzuigers: Invloed van turbulentie en korrelverdeling

BESTAND A BEVAT HET HOOFDRAPPORT EN BESTAND B BEVAT DE BIJLAGEN Voor het optimaal beladen van sleephopperzuigers is het belangrijk om inzicht te hebben in de processen die plaats hebben in het beun van een sleephopperzuiger. Een van de deel-processen is het bezinken van zand in een hoog geconcentreerd zandwater mengsel onder invloed van turbulentie. Het doel van dit rapport is om dit bezinkproces in kaart te brengen. Om dit doel te bereiken zijn er proeven uitgevoerd in een proefopstelling waarin bezinkproeven zijn uit te voeren. Gedurende de proeven is de mate van turbulentie in de kolom, de beginconcentratie van het mengsel en gradatie van het zand gevarieerd. Hierdoor is inzicht verkregen in de invloed van beide parameters op het bezinkgedrag van verschillende zandsoorten. Tijdens de proeven worden de concentraties op 12 punten over de hoogte gemeten. Uit deze data is vervolgens een concentratieprofiel over de hoogte bepaald. Tenslotte is er gekeken in hoeverre deze data overeenkomen met het gemaakte computermodel dat dit proces kan simuleren. Uit de proeven in water die dienden om het turbulentieniveau in kaart te brengen kwamen de volgende zaken naar voren: \u95 Uit de proefresultaten is gebleken dat de turbulentie die in de kolom wordt opgewekt redelijk homogeen over de hoogte verdeeld is en in de x- en z- richting van dezelfde orde grootte is. De belangrijkste conclusies, die uit de proeven met de uniforme zandfracties volgen, zijn: \u95 De werkelijke karakteristieke korreldiameter verschilt aanzienlijk van de volgens de leverancier opgegeven karakteristieke korreldiameter. \u95 De verticale turbulente snelheidsintensiteit (V_z;rms) blijkt onafhankelijk van de concentratie te zijn en afhankelijk van het turbulentieinstellingen. \u95 De gemeten valsnelheden verschillen duidelijk van de volgens theorieën berekende valsnelheden. De gecombineerde theorie van Ruby en AI-Dibouni geeft de beste benadering van de meetresultaten. \u95 De turbulente diffusiecoëfficiënt is niet eenvoudig uit de meetdata te berekenen. \u95 Uit het door ons gemaakte model volgt dat de beginconcentratie, de zandsoort en het turbulentieniveau van invloed zijn op de grootte van de turbulente diffusiecoëfficiënt. De proeven met de min of meer natuurlijke zandverdeling maakten het volgende duidelijk: \u95 De valsnelheid van de karakteristieke korrels van het mengsel is ongeveer gelijk aan die van de karakteristieke korrels van een uniforme zandfractie met gelijke karakteristieke korrelgrootte. \u95 Een relatief hoog turbulentieniveau in de kolom heeft tot gevolg dat de ontmenging minder groot zal zijn. Ook leidt een hoger turbulentieniveau tot een tragere ontmenging. \u95 De beginconcentratie is niet van invloed op de mate van ontmenging. Wel leidt een hogere beginconcentratie tot een verlaging van de snelheid waarmee de ontmenging plaatsvindt. De conclusie is dat het beschrijven van het bezinkgedrag van korrels in een hooggeconcentreerd zand-watermengsel wel mogelijk is. Er is echter verdere analyse van de data nodig en er zijn eventueel meer proeven nodig om het verband tussen het turbulentieniveau (uitgedrukt in bijvoorbeeld V_rms) en de turbulente diffusiecoëfficiënt (E) beter te kunnen beschrijven. Het model kan verder verbeterd worden door E niet constant over de hoogte te veronderstellen zoals dat bij het huidige model het geval is.Hydraulic EngineeringCivil Engineering and Geoscience