悬疑质运动分析ppt课件.ppt

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1、韩智明第三章悬移质运动韩智明本章知识要点：冲泻质与床沙质悬移质的扩散理论悬浮指标悬浮泥沙能量消耗水流挟沙力§3.1冲泻质与床沙质一、现象4二、床沙质与冲泻质的概念床沙质bedmaterialload（造床质）：来自相邻的上游段或本河段的河床，是从床沙中被带起来进入运动的泥沙。冲泻质washload（非造床质）：来源于上游的流域，是被水流携带输送到本河段的运动泥沙。悬移质与推移质是从泥沙运动形式进行分类的；而床沙质与冲泻质是根据他们对河床的补给作用进行分类的。5区别三、划分床沙质与冲泻质的经验准则床沙质与冲泻质在

2、一定条件下可以相互转化7§3.2含沙量沿水深分布一、含沙量的概念单位体积浑水中所含泥沙的数量称为含沙量或含沙浓度，工程中常用S表示，通常有下列三种：含沙量不同表达形式间的关系和的关系为与和的关系为二、泥沙悬浮的机理泥沙受重力作用下沉，形成含沙量上稀下浓的不均匀分布；紊动扩散作用使泥沙上浮，使含沙浓度沿垂线变化的梯度变小，分布趋于均匀；悬移质含沙量沿水深分布就决定于紊动扩散作用与重力作用的对比关系。10三、悬移质含沙量沿垂线分布的扩散理论1、扩散理论简介如果某一物理量m（浓度、温度等）在处于紊动状态、可作为连续介质

3、看待的液体中分布不均匀，具有沿任一方向n的浓度梯度，则这一物理量将通过紊动作用由高浓度区向低浓度区扩散，其扩散强度为，此处为扩散系数，“—”表示与梯度方向相反。112、Rouse公式在二元恒定均匀流中，任取一单位水平截面。在重力作用下单位时间通过该截面下沉的泥沙数量为g1，则令单位时间内因紊动扩散通过该截面上浮的泥沙量为g2，由扩散理论：在不冲不於情况下——基本微分方程式泥沙扩散系数的如何处理？紊动扩散作用引起的上浮的泥沙量可改写为对于二元均匀流①、紊动扩散作用引起的上浮的泥沙量也可表示为悬移质扩散系数与动量扩散

4、系数的关系εm动量交换系数，其量纲与υ相同②、根据紊流动量传递理论，二元均匀流中，距床面y处的切应力可表达为扩散方程的一般形式①、二元恒定均匀流含沙量未达到平衡时悬移质扩散方程若以进入单元体的沙量为正、离开的沙量为负，设u、v的方向与x、y轴的方向一致，则△t时间内由于水流流动以及泥沙的沉降，进入或离开这个单元体上下左右四面的泥沙数量如图3-3所示。表示单元体内单位面积上含沙量随时间的变化率，则在△t时段内，单元体内沙量的变化量可表示为这一沙量的差值将引起单元体内含沙量的变化，若以△t时间内由于水流流动以及泥沙的

5、沉降，进入单元体的净沙量（单元体内沙量的增加值）为假设沉速ω沿垂向不变，根据质量守恒定律，进入单元体的沙量与单元体内沙量的变化量应该相等.对于二元均匀流方程右边第一为对流项；第二、三项为水流紊动引起的扩散项：第四项为重力作用引起的沉降项。二元恒定均匀流不平衡输沙情况下，泥沙扩散方程（悬移质含沙量随空间和时间变化的微分方程）。式右边第二项可忽略，得a、假定泥沙纵向扩散远小于垂向扩散，②、二元恒定均匀流不平衡输沙状态下的悬移质扩散方程的简化c、对于含沙量是恒定不变的情况b、静水沉淀池中泥沙的沉淀过程对y的偏导数也可改

6、写为全导数。二元恒定均匀流含沙量沿垂线分布达到平衡情况下，泥沙扩散过程成为一恒定、均匀的问题。d、二元恒定均匀流平衡情况下泥沙扩散方程式简化此式与从定性分析得到的二元恒定均匀流平衡情况下含沙量沿垂线分布的微分方程（即悬移质扩散方程）完全相同。在平衡情况下二者相等，故常数C为零，因重力作用下沉的沙量为单位时间内，因紊动扩散作用向上托起的沙量为ω不随水深变化，上式积分后得假定一：，为动量传递系数对于二元恒定均匀流，水流内部切应力为（紊流动量传递理论）含沙量沿水深分布假定二：采用对数流速分布，k为卡门常数将上式代入基本

7、微分方程，有则26假定三：S较小时，都是与y无关的常数定解条件：设，，则积分常数C为采用分离变量法求出通解劳斯方程27Z=5作为泥沙是否进入悬浮的判别值悬浮指标Z的讨论28Z决定了悬移质含沙量沿水深分布的均匀程度2930也可从水流泥沙运动的一般形式推导扩散方程。3.罗斯公式的检验——公式的结构、指数是否正确31范诺尼(V．A.Vanoni)实验资料说明扩散理论公式的结构是正确的。32悬浮指标Z实测值和理论值有一定差别，主要是由于3个基本假定与实际情况的差别造成的。假定1产生的差别（泥沙交换系数与动量交换系数存在

8、差别）如果有泥沙同等尺度的漩涡，漩涡对泥沙扩散无太大作用，然而漩涡对水体动量贡献不能忽略。泥沙运动具有惯性，因此泥沙运动与高频的紊流脉动无法完全同步。泥沙颗粒越大体现越明显。解决方法：对替代过程进行修正，主要采用范若尼假定，即假定两者关系为线性关系。进而得到34假定2产生的差别（流速分布公式的选用）清水流速分布与浑水流速分布具有较大差异。因而造成k的取值差距较大。按照流