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1、------------------------------------------------------------------------------------------------泥沙沉降速度研究进展及其影响因素分析_詹咏第32卷第2期2001年2月 文章编号:1001-4179(2001)02-0023-02人 民 长 江Yangtze RiverVol.32,No.2Feb., 2001泥沙沉降速度研究进展及其影响因素分析詹 咏1 王惠明1 曾小为2(1.河海大学水文水资源及环境学院,江苏南京210098; 2.仪征化纤股份有限公司给
2、排水厂,江苏仪征211900)摘要:在大量参考文献基础上,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,并将它们统一起来。同时指出:含沙量、水质、絮凝作用是沉降速度计算中不可忽视的因素。分析表明,计算沉速的公式虽然不少,但不是精度不够,就是结构繁琐。从实用观点来看,张瑞瑾公式可以同时满足各流区的要求,是表达泥沙沉速的可用公式。为使沉降速度公式更加完善,有关泥沙沉降速度的试验研究仍有待于进一步加强。关 键 词:泥沙;沉降速度;影响因素;速度指标;计算公式中图分类号:TV142.1文献标识码:A 泥沙在静止的清水中等速下沉
3、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
4、度指标。完成,而是逐渐完成的。②由式(2)可以看出: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:ω.0390=0ω.0440=12γs-γdg (层流区)γν(3)1 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=ω有关,此处ν为清水的运动粘度,d及ω0d/ν0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
5、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,浑液面沉速符合压缩沉降的特点。当沙粒雷诺数0.5<Re<1000时,泥沙颗粒的下沉处于过渡状态,浑——————————————————————————————————————-------------------------------------------------------------------------
6、-----------------------液面沉速符合过渡沉降变化的特点。表达单颗粒泥沙沉降速度的公式是张瑞瑾从过渡区的动力平衡方程式出发而导出的[1]:ν2sνωc1+c2gd-c1(1)0=dd式中γ为清水容重,c1及c2是按实测资料确定s为泥沙容重,γ的无因次系数。参照各家资料,用c1=13.95,c2=1.09代入(1)式可得:2sω13.95+1.09gd-13.95(2)0=dγd经实测资料的验证表明,式(2)可以同时满足层流区、紊流区及过渡区的要求。也就是说,式(2)是表达泥沙沉降速度的通用公式。这是因为:①由层流状态到紊流状态的过渡
7、不是突然s (紊流区)(4)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。2 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。一种是以Micliaels和Bolger[2]为代表(此外还有王尚毅、Peirce和Williams等),采用修订过的Richardson型公式。Richardson[3]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
8、无粘性泥沙高含沙浓度对沉速影响的公式:m———————————————————————————
