泥沙沉降速度研究现状

《泥沙沉降速度研究现状》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、水电1001班201019040230欧阳秘泥沙沉降速度研究现状摘要：本文对现有泥沙沉降研究理论、实验和观测成果进行了总结，分析了目前泥沙沉降研究的进展，对泥沙沉降研究的发展趋势进行了展望。对泥沙沉降速度及其影响因素进行了综述,讨论了自由沉降和群体沉降速度的计算公式。关键词：泥沙沉降；理论分析；影响因素;速度指标;计算公式一、泥沙沉降理论分析历史泥沙在静止的清水中等速下沉时的速度,称为泥沙的沉降速度(或简称泥沙沉速),它是泥沙的重要水力特性之一。在各种沉淀池的设计计算和生产运用中,在河流、渠道的各种泥沙问题中,泥沙的沉降速度

2、都是一个最重要的,也是一个最基本的参数。因此,研究泥沙问题,无论通过物理模拟(即模型试验),还是通过数值模拟,均应提供可靠的泥沙沉降速度指标。1851年，Stokes对球体绕流的蠕变状态进行了研究提出了球体绕流阻力系数的解析解，此解只适用于雷诺数小于1的情况，应用于拟球体单颗粒泥沙静水沉速规律的研究。Oseen推导出的考虑流速影响的绕流状态下的球体沉降解，其阻力系数公式将单颗粒静水沉降规律理论解的应用范围扩大到雷诺数小于6的情况。此后，Kaplun和Lagerstrom与Prodman和Pearson几乎同时发现球体绕流的高

3、阶近似解，但其解的阻力系数公式又回到了Stokes理论解的适用范围。为解决大雷诺数下单颗粒泥沙静水沉降问题，许多学者提出了各自的计算模型。如沙玉清通过对沉速公式的数学转换，根据实测资料利用最小二乘法获得了过渡区的颗粒沉速公式；张瑞瑾基于阻力叠加原则，将Stokes型滞性阻力和Newton型形状阻力线性组合表示出绕流阻力，导出与Rubey公式结构一致的沉速公式；窦国仁采用Oseen型阻力和Newton型阻力按阻力迭加原则获得绕流阻力，通过引进与沙粒雷诺数有关的分离角求得两种阻力的作用面积以反映两者的相对大小，进而导出了半理论半

4、经验的计算模式。但较完整的拟球体单颗粒泥沙静水沉速规律仍需将球体绕流状态下的的高阶近似解作为数学基础。二、单颗粒泥沙沉速泥沙颗粒在静水中下沉时,它的运动状态与沙粒雷诺数Re=Wod/v有关,此处M为清水的运动粘度,d及Wo分别为单颗粒泥沙的粒径与沉速。当沙粒雷诺数Re<0.5时,泥沙颗粒基本上沿铅垂线下沉,附近的水几乎不发生紊乱现象,这时的运动属于层流状态,浑液面沉速符合均匀沉降的特点。当沙粒雷诺数Re>1000时,泥沙颗粒脱离铅垂线以极大的紊动状态下沉,附近的水产生强烈的绕动和涡动,这时的运动属于紊流状态,浑液面沉速符合压

5、缩沉降的特点。当沙粒雷诺数0.5

6、:如温度不变,当粒径增大时,属于滞性阻力作用的影响会逐渐减小,并当粒径d趋于临界值后,滞性因素的作用可以忽略不计,这时只有紊动阻力的因素起着决定作用。当粒径d减小时,两种阻力的作用关系与上述情况正好相反。从而又可得到简化的层流及紊流沉速公式:如果用C1=6,C2=2/3代入式(1)可得到鲁比沉速公式,它适用于细颗粒泥沙(此时公式的形式实际为Stokes的球体沉速公式),而用于粗颗粒泥沙时,所得沉速明显偏小。三．泥沙群体沉速高浓度下粘性泥沙的沉降属于群体沉降的性质。关于群体沉降的沉速公式的研究,从机理上大致可以分为两类。一种是

7、以Micliaels和Bolger为代表采用修订过的Richardson型公式。Richardson曾从量纲分析入手,根据高浓度的沉降阻力类似渗流阻力的物理图案出发,成功地导得无粘性泥沙高含沙浓度对沉速影响的公式:式中w表示体积含沙浓度为Sv时的群体泥沙沉速;m为指数,据Richardson等人的试验研究,在层流区,m取值为4165;郭慕孙等人则认为m为4191;而钱宁等人在试验中发现m并非常数,而与雷诺数有关,且随着雷诺数的提高而减少,最小时为2125;王兆印等人的试验表明,m为710~715。由此可见,m值变化很大,使得

8、式(5)的应用受到很大的限制。此外,该式的结构形式也存在着缺点。当Sv=1时,X才达到零,而事实上不不可能达到1,因为当泥沙浓度接近其极限含沙浓度Svm=014~0164时,颗粒与颗粒已经直接接触,此时沉速已经为零。这说明浓度越大,群体沉降速度越大。而Richardson通过一个修正系数B