泥沙沉速公式

1、泥沙沉速公式研究泥沙沉速時很多方法都是從球體出發(fā)，但天然泥沙并非球體，它在下沉?xí)r受到的阻力比球體大，其阻力系數(shù)通常根據(jù)實驗確定，關(guān)于泥沙的沉速，中外學(xué)者提出不少計算公式。崗恰洛夫公式(1)層流區(qū)(D1.5皿）:3=1.068過渡區(qū)（0.15D1.5皿）：考慮層流區(qū)和紊流區(qū)沉速公式的結(jié)構(gòu)形式，認為在過渡區(qū)來說，幾個主要變量的次方，應(yīng)該介于層流區(qū)與紊流區(qū)之間?？紤]量綱法則得到過渡區(qū)沉速公式2/3Dg2/3D3=P_V1/3I0反映粒徑和溫度變化改變粘滯性影響的一個附加因素。D0=0.15cm,計算時D應(yīng)與D0的單位一致。沙玉清公式（1）層流區(qū)（D2皿）：=1.14g1/33DVSag1/33DVS

2、aS=3=廠3D、4v1/3a廠7丫、1/3g1/3SV1/3(7丿3CDk丿（3）過渡區(qū)（0.1D2皿）：引進兩個無因次判數(shù)，一個名為沉速判數(shù)Sa,是沙粒雷諾數(shù)3D/v及阻力系數(shù)CD的函數(shù)。另一個名為粒徑判數(shù)e,是沙粒雷諾數(shù)與沉速判數(shù)的函數(shù)。1/3V2/3適用條件：當粒徑為0.062到2.0mm時張瑞瑾公式泥沙下沉?xí)r的有效重力W=K（7-7）D31SK1為泥沙體積系數(shù)泥沙下沉?xí)r顆粒所受阻力F二KpuD+KpD23223K2和K3都是無因次系數(shù)由W=F得到Ku=Ku=2+KR3(1Ku2212KD)V37K丫丫+1SKy3gDS2y_y1+C2打丄gD-Cd并通過大量的泥沙實測資料得出:C1=

3、13.95,C2=1.09則13.95UID丿2yyu13.95UID丿+1.09罕gD-13.95d此公式可滿足層流區(qū)、紊流區(qū)和過渡區(qū)的要求。(1)層流區(qū)：1yyD2Sg2576y02)紊流區(qū)：ro=ro=1.044rzyigDy竇國仁公式既然在過渡區(qū)，繞流阻力有表面阻力和形狀阻力兩部分組成，所以過渡區(qū)總阻力F總=卩表+F形。繞流屬層流狀態(tài)時，因為泥沙顆粒背后不發(fā)生分離現(xiàn)象,在泥沙的表面全部處于滯性狀態(tài),泥沙所受的阻力是F表。當進入過渡狀態(tài)時，泥沙表面一部分面積仍然受到表面阻力F表，而剩下的那一部分的面積由于水流的分離現(xiàn)象，產(chǎn)生了形狀阻力。根據(jù)實驗觀察，這個分離區(qū)域的大小，可以用分離角e來表

4、示。所以f表、f形e有關(guān)。雷諾數(shù)ReD表示慣性力與粘滯阻力的對比關(guān)系，而過渡區(qū)繞流阻力的變化過程正是粘滯阻力和慣性阻力的互相消長過程，因此這個分離角e應(yīng)該與雷諾數(shù)有關(guān)e=f(ReD)。0隨著ReD的增大而增大，但增長率隨ReD的增大而減小。用微分方程表示即deA=RdRR0=AlneDeDeD(A比例系數(shù)一一常數(shù))積分后C(C積分常數(shù))e=lg4ReD當ReDW0.25時，泥沙周圍沒有分離現(xiàn)象，這時0=0,繞流呈層流狀態(tài)。當ReD350時，泥沙周圍布滿著渦體，此時0=n，繞流呈紊流狀態(tài)。把這兩個邊界條件代入得到：C=0.25；A=0.434R.0=2.3x0.4341n_e=lg(4R)0.2

5、5eD(0以弧度計)但規(guī)定ReD350，取0=n。建立F表、F形0之間的關(guān)系3F=K3兀yeD(1+R)q表16eD表面阻力K顆粒形狀的修正系數(shù)。球體K=1；泥沙K=4/3。Q關(guān)于泥沙表面受粘滯阻力作用的修正系數(shù)，實際上是分離區(qū)外的球冠面積與整個球面積的比值。巻6+cose)(dD球冠面積=2兀rh=k巻6+cose)-2丿過渡區(qū)阻力系數(shù)：f3231C=(1+R)(1+cos0)+1.2sin20dR16e2eD泥沙在水中的有效重力：兀D3/、W二十(丫-Y)6S令W=F總，解出：4e=|_(1+(1+R)_(1+cos0)+1.2sin20廠丘e2eD適用條件：ReD=0.25350;0=0

6、n。當T=15C，相應(yīng)泥沙直徑D=0.22.0mm。當ReD350,取B=n。泥沙的起動流速公式泥沙顆粒由靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)為運動狀態(tài)時的臨界水流條件,稱起動的條件。起動流速：當用水流垂1）無粘性均勻沙的起稱動流速公式考慮的條件：泥沙粒徑是均勻的；顆粒之間沒有粘結(jié)力促使顆粒運動的力是水流推移力FD和上舉力FL,抗拒其運動的力是泥沙的有效重力W。u22gu22g量綱為熄m/t2,a1=n/4;a2=n/4。CD,CL推移力及上舉力系數(shù)。al,a2垂直于水流方向及鉛直方向的沙粒面積系數(shù)。W=a（Y-y）D33Sa3沙粒的體積系數(shù)，a3=n/6,YS：沙粒的容重。如沙粒采取滾動形式起動，則起動臨界條件的動力

7、平衡方程為K1DFD+K2DFL=K3DW式中K1D、K2D、K3D為FD、FL、W的相應(yīng)力臂，得到：KDCaD2yU02+KDCU2aD2yo=KDa(y-y)D31D12g2L22g33SayU2U2(y-y)DKC-0+KCay-ka1D12g2L22g33SU22Ka(y-y)gD33S0(KCa+KCa)y1D12L2UU12Ka-ygD=-3-S00CKC1a+D1KCa2L2yU0C表示起底流速（或臨界底流速）用垂線平均流速來表達代替底流速，采用指數(shù)流速分布公式有u垂線上某點（y點）的速度（時均值）y該點離開床面的距離uy=h處即水流表面流速mdyh水深mmdyU則垂線平均流速則

8、uh=（1+m）u，代入前式有U=(1+m)U如取y=aD處的流速作為作用在沙粒上流速的平均值，有=(1+m)amUnn為綜合系數(shù)綜合系數(shù)n只有通過起動流速的試驗資料反求。沙莫夫公式根據(jù)試驗求得n=1.144,m=1/6。U=U=1.144C一丫八rh1/6SgDlDJJ丫對于天然泥沙平均重率為265t/m3,上式可以簡化為U=4.6D1/3h1/6o當床面大量起動時U=6Di/3hi/6C適用范圍D0.2皿崗恰洛夫公式取對數(shù)形式流速分布得到U=1.07lg8.88卩s_YgDC監(jiān)廠適用D=00815皿(2)粘性泥沙的起動流速公式竇國仁公式u=u=074彳11KLVs罕g+0.19嚇公式單位為

9、g、cm、s制。s=0213x1Zcm5為薄膜水參數(shù)，可取8e=256cm3/s2氐為粘結(jié)力參數(shù)kKs為河床粗糙度，d0.5mm,Ks=d張瑞瑾公式廠h、0.14kd丿Uc17.610.hUc17.6d+6.05x10-710+h其中d。力丿其中C1=1.34,C2=0.00000496,s=0.72,m=0.14,參考粒徑d=1mm,將以上參數(shù)代入式（3-11）,并將公式中各變量均采用國際單位（kg、m、s制），得唐存本公式10gd+P10gd+PSo、1/2Cpd丿數(shù)m對于天然河道為1/6,_1（d）006對于平整床面（如實驗室水槽或dv001mm的天然河道）為m=4.7（h,ps：考慮空隙在內(nèi)的床面泥沙的實際干密度；PSo:床面泥沙達到密實后的穩(wěn)定干容重，其值為16t/m3。C：粘結(jié)力系數(shù),CC：粘結(jié)力系數(shù),C=2.842X10-4N/m沙玉清公式0