拟焦沙起动流速试验研究.pdf

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1、第33卷第3期人民黄河Vol33．NO．32011年3月YELLOWRIVERMar．．2Oll【水文·泥沙】拟焦沙起动流速试验研究任艳粉，郭慧敏，刘恺(1．黄河水利科学研究院，河南郑州450003；2．河南黄河勘测设计研究院，河南郑州450003)摘要：通过水槽试验进行了拟焦沙的起动流速试验，以d。分别为0．004、0．017、0．023、0．029、0．034mm和0．043rnm的6组泥沙为例，推导出了个别动、少量动、大量动和扬动情况下拟焦沙的起动流速公式。关键词：水槽试验；起动流速公式；拟焦沙中图分类号：P333文献标识码-Adoi：10．3969／j．issn．100

2、0—1379．2011．03．012模型沙起动流速是模型设计的重要依据之一，而起动流速试验是开展动床模型试验的前期预备试验之一。为满足一些3起动状态的判别标准模型沙粒径变幅大、泥沙细等特点，黄河水利科学研究院对清流速视床面沙粒的运动状态分为4个阶段观测，即个别华大学黄河研究中心首次研制成功的新型模型沙材料——拟动、少量动、大量动和扬动4级。焦沙进行了起动流速试验。采用的沙样总共有6组非均匀沙，(1)个别动。纵向床面上有可数的颗粒开始作断断续续的中值粒径为0．004～0．043mm。移动，经过寻找才能发现。(2)少量动。纵向床面j出现少量颗粒的间歇滚动，其运1试验设备动状态有一定

3、的连续性，可连续观测到。拟焦沙的起动流速试验在长30m、高0．5nl、宽0．4m的固(3)大量动。纵向床面上出现大量颗粒滚动，且运动状态定玻璃水槽中进行。试验水槽平面布置见图1。有较明显的连续性，其运动速度和连续性均比少量起动增强。消能段1测针测针3测针4测针5测针6#测针7测针尾门(4)扬动。整个纵向床面上的颗粒呈带状形式运动，并有部分模型沙被扬起(出现阵发性的烟雾状扬起)，水槽中的水开始变浑浊。图1试验水槽平面布置水槽有效观测段长24m，采用断面法计算平均流速，并以4起动流速试验成果光电旋桨流速仪辅助配合。由直流电机驱动水泵通过自循环试验中主要观测在进口以下14～16m处、

4、距水槽两壁2～系统为水槽供水，电磁流量计控制流量。为了稳定进入水槽水10cm部分泥沙颗粒的起动情况。本次试验选用了6组颗粒级流的流态，在水槽的进口设有2m长的消能段。在距进口3、7、配，其d分别为0．004、0．017、0．023、0．029、0．034mm和1l、15、l9、23m及27m处安装精度为0．1mm的固定测针实时0．043mm。测量水位，其余水位用活动测针测量，水槽尾部采用转向闸门通过试验实测，获得的起动流速试验数据(以d。分别为调整水位。0．004、0．023和0．043mm的泥沙为例)见表1～表3。将数据计算分析整理后点绘出拟焦沙的起动流速(个别2试验步骤动、

5、少量动、大量动、扬动)与水深的关系曲线，见图l～图3。具体步骤为：①将制备好的模型沙均匀地铺在玻璃槽底部，拍实、刮平，测量控制好沿程坡降；②测量床面高程及沿程5起动流速公式的推导布设的测针零点；③关闭尾门，自水槽末端慢慢加水，浸透沙样现有研究资料表明，影响起动流速的主要因素包括泥沙粒后检查沙面，若有凹凸变形，则进行修整；④继续从水槽末端慢径、泥沙容重、孔隙率、水深以及泥沙的其他物理化学性质等。慢加水，待水面全部淹没模型沙后将电动阀门打开，并逐步加为便于观察起动流速的变化规律，笔者对现有资料进行了拟大进水量至需要的流量；⑤调节水位的同时观察模型沙起动的情况，当模型沙达到各种起动标

6、准时，读出相应的水位，也可以收稿日期：2010—02-20作者简介：任艳粉(198O一)，女，河南沁阳人，硕士，研究方向为水力学及河流通过调节尾门保持水位不变，逐步加大流量；⑥测量垂线流速；泥沙。⑦计算起动流速。E—mail：ryf1980@126．eom·29·人民黄河2011年第3期合，以粒径、水深为自变量，少量动的流速为因变量。表15D=0．004rtlln泥沙的起动流速流速／(cm·S-I)图1d∞=O．004mm的拟焦沙起动流速与水深h的关系】61412吕10{账8*6420流速／(cm·s-1)图2d50-0．023mm的拟焦沙起动流速与水深h的关系暑芒图3dso=

7、0．043mm的拟焦沙起动流速0与水深h的关系表4拟焦沙起动比速根据克诺罗兹和曼宁流速分布公式，假定模型沙起动时平均流速与水深的关系为=hy(i：1，2，3，4)(1)式中：为模型沙起动时的垂线平均流速；为单位水深(1em)时的起动流速，称起动比速，需通过水槽试验来求得，单位由试验数据可知：拟焦沙起动流速变化规律比较明显，中为em。／s，其中：i=1为个别动，i=2为少量动，i=3为大量值粒径为0．017mm时，起动流速最小，当水深为10cm时，个动，i=4为扬动；为水深，cm；，，为流速分