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) ( D < 0.15 )：(2) 紊流區(qū) ( D > 1.5 ):(3) 過渡區(qū) ( 0.15 < D < 1.5 )：考慮層流區(qū)和紊流區(qū)沉速公式的結(jié)構(gòu)形式，認(rèn)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 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) (

2、D < 0.1 )：（2）紊流區(qū) ( D > 2 )：（3）過渡區(qū) ( 0.1 < D < 2 ) ：引進(jìn)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)D/及阻力系數(shù)CD的函數(shù)。 另一個名為粒徑判數(shù)，是沙粒雷諾數(shù)與沉速判數(shù)的函數(shù) 。適用條件：當(dāng)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K1為泥沙體積系數(shù)泥沙下沉?xí)r顆粒所受阻力K2和K3都是無因次系數(shù)由W=F 得到并通過大量的泥沙實測資料得出:C1= 13.95 , C2= 1.09則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)：（2）紊流區(qū)：竇國仁公式既然在過渡區(qū)，繞流阻力有表面阻力和形狀

3、阻力兩部分組成，所以過渡區(qū)總阻力F總=F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(dāng)進(jìn)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，可以用分離角來表示。所以F表、F形有關(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，因此這個分離角應(yīng)該與雷諾數(shù)有關(guān)= f(ReD )。 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（A比例系數(shù)常數(shù)）積分

4、后（C積分常數(shù)）=lg4 ReD 當(dāng)ReD0.25時，泥沙周圍沒有分離現(xiàn)象，這時=0，繞流呈層流狀態(tài)。當(dāng)ReD350時，泥沙周圍布滿著渦體， 此時=，繞流呈紊流狀態(tài)。把這兩個邊界條件代入得到：C=0.25；A=0.434 （ 以弧度計）但規(guī)定ReD< 0.25，取=0； ReD > 350，取= 。建立F表、F形之間的關(guān)系表面阻力K顆粒形狀的修正系數(shù)。球體K=1；泥沙K=4/3 。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。過渡區(qū)阻力系數(shù)：泥沙在水中的有效重力：令W=F總，解出：適用條件： ReD = 0.25350; =0 。當(dāng)T=15，相

5、應(yīng)泥沙直徑D=0.22.0 。當(dāng)ReD< 0.25，取=0；當(dāng)ReD > 350，取= 。泥沙的起動流速公式泥沙顆粒由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)動狀態(tài)時的臨界水流條件，稱起動的條件。起動流速：當(dāng)用水流垂線平均流速來表示起動條件時，該流速稱為臨界起動流速。(1)無粘性均勻沙的起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(yùn)動的力是水流推移力FD和上舉力FL，抗拒其運(yùn)動的力是泥沙的有效重力W。量綱為m/t2，a1= /4 ;a2= /4 。CD，CL推移力及上舉力系數(shù)。a1，a2垂直于水流方向及鉛直方向的沙粒面積系數(shù)。a3沙粒的體積系數(shù)，a3= /6 ，S：沙粒的容重。如沙

6、粒采取滾動形式起動，則起動臨界條件的動力平衡方程為K1D FD + K2D FL = K3DW 式中K1D、K2D、K3D為FD、FL、W的相應(yīng)力臂，得到：U0C表示起底流速（或臨界底流速） 用垂線平均流速來表達(dá)代替底流速，采用指數(shù)流速分布公式有U垂線上某點(diǎn)（y點(diǎn)）的速度（時均值）y 該點(diǎn)離開床面的距離U y=h處即水流表面流速h 水深 m 指數(shù)則垂線平均流速則 Uh=（1+m）U ，代入前式有 如取y=aD處的流速作為作用在沙粒上流速的平均值，有 為綜合系數(shù)綜合系數(shù)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=1.144，m=1/6。對于天然泥沙平均重率為2.65t/m3,上式可以簡化為當(dāng)床面大量起動時適用范圍 D > 0.2崗恰洛夫公式取對數(shù)形式流速分布得到適用 D=0.081.5(2) 粘性泥沙的起動流速公式竇國仁公式公式單位為g、cm、s制。為薄膜水參數(shù)，可取為粘結(jié)力參數(shù)為河床粗糙度，張瑞瑾公式其中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），得唐存本公式指數(shù)m對于天然河道為1/6，對于平整床面（如實驗室水槽或d<0.01mm的天然河道）為：考慮空隙在內(nèi)的床面泥沙的實際干密度；：床面泥沙達(dá)到密