第16章 动床水力学基础.doc

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1、第16章动床水力学基础16.1知识要点16.1.1泥沙和浑水的主要特性1.重度泥沙颗粒实体单位体积的重量称为泥沙的重度，以表示。一般取标准沙的重度=26500N/m3。淤积泥沙的干重度变化的幅度较大，可由3000N/m3至17000N/m3。泥沙在水中的相对重度为。和为水的重度和密度；为泥沙的密度。2.粒径1）等容粒径等容粒径是指理论上定义为与具有同样体积的球体直径。其表达式为式中，为某一泥沙的体积；为等容粒径。2）筛孔粒径用筛子来测量粒径时，以泥沙颗粒刚能通过的筛孔边长作为粒径，这种粒径叫筛孔粒径。一般用于大于0.05mm的泥沙。3）沉速粒径小于0.

2、05mm的泥沙粒径要用沉降速度的方法来确定。所谓沉降速度，指与泥沙比重相同，在相同液体中沉降时，具有相同沉速的圆球直径，故称沉降粒径。3）中值粒径在泥沙级配曲线上与纵坐标50%相应的粒径，它表示大于和小于该粒径的泥沙重量各占沙样总重量的二分之一。4）平均粒径（1）算术平均粒径或（16.1）再用加权平均法求出整个沙样的平均粒径（16.2）式中，为分组数目；为第分组泥沙的重量占总沙样重量的百分数；为第分组泥沙的平均粒径。3.浑水的含沙量和粘滞性1）浑水的含沙量含沙量有三种表示方法，即体积比含沙量重量比含沙量15混合比含沙量三种不同表达式之间的关系为（16.

3、3）（16.4）浑水的重度与含沙量的关系为（16.5）2）浑水的粘滞性含沙量较小的浑水流变特性仍然符合牛顿内摩擦定律（16.6）式中，为切应力；分别为浑水的动力粘滞系数、密度和运动粘滞系数。高含沙浑水的流变特性可近似按宾汉流体描述，其流变方程为（16.7）式中，为极限切应力；为刚度系数，即高含沙浑水的粘滞系数。、可用下式计算（16.8）（16.9）（16.10）（16.11）式中，为清水的动力粘滞系数；、分别为体积比含沙量和极限含沙量；、分别为某一粒径组的平均粒径及相应的重量百分比；为系数；；，为牛顿体转变为非牛顿体的临界含沙量，建议以时的含沙量作为，

4、即（16.12）4.沉降速度1）球体的沉降速度（1）层流沉降（16.13）（2）紊流沉降（16.14）（3）过渡区沉降沙玉清通过分析得出了过渡区的沉速判数和粒径判数为沉速判数(16-15)粒径判数（16.16）15在过渡区，沙玉清求得与之间的关系为（16.17）用上式，无论从求，即从粒径d求沉速，或从求，即从求d都是很方便的。粒径判数、沉速判数的计算结果见表16-1。表16-1各流区的粒径判数、沉速判数和粒径雷诺数判数层流区过渡区紊流区<0.1342<1.554<0.20850.1342~13.831.554~61.680.2085~853.0>13.

5、83>61.68>8532）泥沙的沉降张瑞瑾根据阻力叠加原理和大量的实测资料，得到天然泥沙颗粒在静水中的沉速公式如下：层流区（，，常温）（16.18）过渡区（16.19）紊流区（，，常温）（16.20）值得指出，式（16.19）虽是过渡区的沉速公式，但经实测资料验证，它可同时满足层流区、紊流区以及过渡区的要求，也就是说，它是表示泥沙沉速的通用公式。工程上一般按含沙量作为高低含沙量的分界值，当，应考虑含沙量对沉速的影响。为了便于计算沉速，可以制成图表备查，如图16-1所示曲线，从粒径和水温就可以直接查出沉速。3）泥沙的形状对沉速的影响对砾石、卵石和块石来

6、说，由于其形状较易测量，而且由于泥沙形状对沉速影响较大，罗曼诺夫斯基（B•BPomaHoBcKИЙ）根据紊流区的实测资料，求得沉降速度为（16.21）式中，a、b、c为泥沙三个方向的边长。16.1.2推移质运动1.泥沙起动的条件作用在泥沙颗粒上的力主要有水流的水平推力、垂直上举力和泥沙在水中的有效重力、颗粒间的反力和摩擦力、颗粒间的粘结力等。对非粘性颗粒或粗颗粒主要受前三种力的影响。由颗粒平衡条件得出两种类型的泥沙起动公式，即临界推移力公式和起动流速公式。1）临界推移力（1）希尔兹公式15图16-1泥沙粒径与沉降速度关系曲线（比重2.65）（16.22

7、）15以为纵坐标，为横坐标，则得有名的希尔兹起动曲线如图16-2所示。式中，为临界推移力；为阻力流速雷诺数；为摩阻流速；为边界上的切应力。希尔兹的起动曲线是当前最通用的起动关系，但必须进行逐步试算才能正确的求得值。图16-215（2）意罗（ILO,C.G）公式意罗将希尔兹曲线分为四段用下列的关系式分段拟合，结果如下：当时（16.23a）当时（16.23b）当时（16.23c）15当时（16.23d）（3）岩垣公式岩垣从理论和实验上验证了希尔兹公式，并提出当比重，粘滞系数（20.3℃）时，临界推移力可用五段拟合公式表示：时（16.24a）时（16.24b

8、）时（16.24c）时（16.24d）时（16.24e）岩垣的公式中，长度单位用cm，质量单位