本发明涉及水沙多相流体动力学领域，尤其涉及一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法。
背景技术：
1、水平圆管是水利工程中常见的含沙水输运工具，沿竖向的悬沙浓度分布会直接影响管道的水力及淤积特性。悬沙扩散方程是预测悬沙浓度分布的常用方法，具有预测效率高的突出优势，非常适合工程应用。
2、沉速是影响悬沙扩散方程预测精度的关键参数，传统的悬沙扩散方程使用的沉速源于静水沉降实验，形式上只体现了泥沙颗粒粒径的影响，在运动水流中，流速、管径等因素均会显著改变泥沙颗粒与水体间的相对运动，导致静水沉速无法准确反映实际中复杂的动态沉降行为，预测结果往往产生较大误差，严重限制其应用可靠性。
3、针对现有技术缺陷，目前亟需一种兼顾预测精度与预测效率的新方案。本发明旨在填补这一技术缺口，实现水平圆管含沙水流中悬沙浓度分布的精准、快速预测，满足工程实践的高效反馈需求。
技术实现思路
1、（一）要解决的技术问题
2、本发明旨在解决利用传统悬沙扩散方程预测水平圆管含沙水流中悬沙浓度分布时预测精度与预测效率不可兼顾的问题，提供一种既能准确反映水平圆管含沙水流中动态沉降特性、又能保持计算高效率的悬沙浓度分布预测方法。
3、（二）技术方案
4、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，包括：
5、选取水平圆管的一个横截面作为监测面，在所述监测面上选取n个监测点。
6、基于水平圆管的管径、水平圆管内的泥沙颗粒粒径以及水平圆管内的流体平均来流流速计算所述监测点的动态沉降系数，以表征水平圆管含沙水流中泥沙颗粒沿竖向的动态沉降趋势。
7、基于所述监测点的动态沉降系数，获取所述监测点的动态体积浓度源项，以表征由水沙速度滑移导致的泥沙浓度变化。
8、将所述监测点的动态体积浓度源项作为新源项形成悬沙扩散方程，基于所述悬沙扩散方程计算所有所述监测点的悬沙浓度分布。
9、根据本发明提供的一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，所述在所述监测面上选取n个监测点包括：
10、获取所述监测面竖直方向上的直径。
11、在所述监测面竖直方向上的直径上由上往下依次选取空间点，以形成n个等距排布的所述监测点，所述监测点用于绘制光滑的悬沙浓度分布曲线，其中，所述监测点的数量n的值不小于3。
12、根据本发明提供的一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，所述监测点的动态沉降系数通过以下公式计算得到：
13、
14、式中，表示监测点的动态沉降系数；表示泥沙颗粒的偏态粒径；表示水平圆管的偏态管径；表示水平圆管内的流体的偏态流速；、、、、、、、、、、、、、、、、、、、和表示经验拟合参数。
15、根据本发明提供的一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，所述泥沙颗粒的偏态粒径通过公式计算得到，所述水平圆管的偏态管径通过公式计算得到，水平圆管内的流体的偏态流速通过公式计算得到；式中，表示水平圆管内的泥沙颗粒粒径，单位为微米；表示水平圆管的管径，单位为米；表示水平圆管内的流体平均来流流速，单位为米每秒；、和表示经验拟合参数。
16、根据本发明提供的一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，所述经验拟合参数的选值分别为：；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；。
17、根据本发明提供的一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，所述监测点的动态体积浓度源项通过以下公式进行表征：
18、；
19、式中，表示监测点的动态体积浓度源项；表示水的竖向速度；表示悬沙颗粒的竖向速度；表示伪瞬态时间步长；表示重力加速度；表示监测点的动态沉降系数；表示曳力系数；表示水的密度；表示水平圆管内的泥沙颗粒粒径；表示悬沙颗粒的密度；表示悬沙浓度。
20、根据本发明提供的一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，所述伪瞬态时间步长取值为0.001。
21、根据本发明提供的一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，所述监测点的动态体积浓度源项作为新源项形成的悬沙扩散方程为：
22、；
23、式中，表示水的密度；表示悬沙浓度；表示时间系数；表示水的竖向速度；表示水体湍流粘度；表示湍流施密特数；表示监测点的动态体积浓度源项。
24、根据本发明提供的一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，所述基于所述悬沙扩散方程计算所有所述监测点的悬沙浓度分布包括：对所述悬沙扩散方程进行有限体积法离散求解，获取水平圆管悬沙浓度分布。
25、（三）有益效果
26、本发明提供的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，通过引入动态沉降系数，有效解决了传统悬沙扩散方程因忽略水沙动态滑移效应导致的预测精度不足问题，通过“关键点表征-动态系数计算-源项修正-高效求解”的技术路径，成功地将影响沉降的动态因素量化并嵌入高效的计算框架内，最终实现了在保持传统方法计算效率的前提下，显著提升水平圆管悬沙浓度分布预测精度的目的，满足了实际工程对悬沙浓度分布快速准确预测的需求，最终获得了精度与效率的协同优化的效果，为水平圆管含沙水输运工程的设计与运行提供了更为可靠、经济的技术解决方案。
1.一种基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，所述在所述监测面上选取n个监测点包括：
3.根据权利要求1所述的基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，所述监测点的动态沉降系数通过以下公式计算得到：
4.根据权利要求3所述的基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，所述泥沙颗粒的偏态粒径通过公式计算得到，所述水平圆管的偏态管径通过公式计算得到，水平圆管内的流体的偏态流速通过公式计算得到；
5.根据权利要求4所述的基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，所述经验拟合参数的选值分别为：；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，所述监测点的动态体积浓度源项通过以下公式进行表征：
7.根据权利要求6所述的基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，所述伪瞬态时间步长取值为0.001。
8.根据权利要求6所述的基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，所述监测点的动态体积浓度源项作为新源项形成的悬沙扩散方程为：
9.根据权利要求1所述的基于动态沉降系数的水平圆管悬沙浓度分布预测方法，其特征在于，所述基于所述悬沙扩散方程计算所有所述监测点的悬沙浓度分布包括：