泥沙的沉速.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,5.,泥沙在静水中下沉时的运动状态,沙粒雷诺数,2,2.2,泥沙沉速公式,2.2.1,圆球在静水中的沉速,球体沉降阻力,有效重力,绕流阻力,（,2-1,）,（,2-2,）,3,2.2,泥沙沉速公式,2.2.1,圆球在静水中的沉速,2.,球体沉速的一般表达式,有效重力,绕流阻力,（,2-1,）,（,2-2,）,由圆球沉降时力的平衡方程,W=F,得,（,2-3,）,6,、球体下沉处于过渡区，沉降阻力中粘滞阻力和紊动阻力都不能忽略。由,Cd-Re,d,图可知，阻力系数与沙粒雷诺数之间呈曲线关系。,试验结果分析：,7,4.,球体层流区阻力系数的理论解,Stokes,从理论上求得，圆球在层流区所受的阻力为,(2-4),圆球绕流阻力的一般表达式,(2-2),得,(2-5),8,5,、层流区、紊流区和过渡区圆球沉速公式,（,2-3,）,、层流区圆球沉速公式（,Re,d,1000,）,（,2-3,）,代入球体在静水中沉速的一般表达式,得,(2-7),球体沉降处于紊流区，由试验曲线图知，,10,、过渡区圆球沉速公式（,0.5 Re,d,1000,）,过渡区，阻力系数与沙粒雷诺数之间呈曲线关系,（,2-3,）,由于泥沙的形状各不相同，无法得出图,2-2,那样的简单的,C,d,-Re,d,关系曲线，在过渡区球体沉速可通过试算求解的办法，对求解泥沙沉速来讲行不通。,2.2.2,泥沙的沉速,泥沙与圆球具有同样的沉降机理，球体沉降的阻力规律同样适用于泥沙，只是泥沙的形状复杂，沉降中所受到的阻力较球体沉降阻力大，同粒径的沉速有所减小。,12,3,、岗恰洛夫公式,(2-6),球体层流区沉速公式,（,Stokes,公式,）,层流区沉速公式（,d1.5mm,）,泥沙沉降阻力为,泥沙在水流中的有效重力为,将阻力系数带入,F,，并令,F=W,(2-22),14,过渡区沉速公式（,0.15d1.5mm,）,15,4,、沙玉清公式,与岗恰洛夫的考虑相同，得出与岗恰洛夫完全一致的公式,层流区沉速公式（,d2mm,）,(2-26),16,4,、沙玉清公式,紊流区沉速公式（,d2mm,）,(2-26),上述公式中单位用国际单位：,：,m/s,g:m/s,2,d:m,公式单位若为：,：,cm/s,g:cm/s,2,d:mm,17,沉速判数,Sa,与粒径判数,过渡区沉速公式（,0.1d4mm,）,层流区,紊流区,（,d0.1mm,）,22,5,、规范推荐计算公式,d0.062mm,，采用冈恰洛夫滞流区公式（,2-21,）,0.062,d,2.0mm,，采用沙玉清过渡区公式（,2-25,）,D,2.0mm,，采用沙玉清紊流区公式（,2-26,）,(2-21),（,2-25,）,(2-26),23,2.3,影响泥沙沉速的各种因素,颗粒形状、含沙量、边壁条件、紊动、絮凝、水质等。,影响泥沙沉速的主要因素有：,24,含沙量（含沙浓度）：单位浑水中所含的泥沙的数量。,概念,1,25,比表面积：颗粒表面积与其体积之比，,即单位体积颗粒所具有的表面面积。,概念,2,球体的比表面积为,6/D,，泥沙颗粒比表面积约为,6/D,。,絮凝,:,当水质中含有较多的细颗粒泥沙，特别是再含有复杂的化学成分时，泥沙不再以单颗粒的形式下沉，而是结成一团下沉，这种现象称为絮凝现象。,概念,3,26,2.3.1,颗粒形状对沉速的影响,形状不同，颗粒在水中下沉所受的阻力不同，同粒径的泥沙形状愈扁平，阻力愈大，沉速愈小。,阻力系数与形状系数的经验关系为,考虑形状影响的沉速公式为,27,1,、泥沙粒径,2,、矿物成分,3,、含沙量,4,、水质,影响泥沙絮凝作用的因素包括：,水析法测量泥沙粒径：采用去离子水并加反凝剂。,1,、对于水体中含较多粗颗粒泥沙,下沉的泥沙引起的向上水流和激起的紊动；浑水容重增加；使得沉速减小,2,、对于水体中含较多细颗粒泥沙时,下沉的泥沙引起的向上水流和激起的紊动；浑水容重增加；浑水粘滞性增加；使得沉速减小,细颗粒泥沙和水中的电解质作用，将发生絮凝现象。,28,2.3.2,含沙量对沉速的影响,2,、对于水体中含较多细颗粒泥沙时,含沙量对沉速的影响，取决于以上各因素的对比关系。,含沙量较低（小于,15kg/m,3,），形成互不相连的絮团，增大了颗粒粒径，造成沉速增加；,含沙量进一步增大，絮团联成絮网结构，使得沉速大幅降低。,29,例、计算粒径为,d,0.05mm,，,0.5mm,，,5.0mm,的泥沙沉速，假定水温为,20,，运动粘滞系数为,10,-6,m,2,/s,。,解：,1,、,D,0.05mm,选用层流区岗恰洛夫沉速公式,30,张瑞瑾公式,1,、,D,0.05mm,31,2,、,D,0.5mm,沙玉清过渡区泥沙沉速的实用算式,（单位采用,kg,、,m,、,s,制）,解得,32,张瑞瑾公式,2,、,D,0.5mm,33,3,、,D,5mm,沙玉清紊流区沉速公式,张瑞瑾各区统一沉速公式,34,四、天然沙的沉速公式的选用,层流区，采用,Stokes,公式；,过渡区，采用沙玉清的过渡区公式；,紊流区，采用岗恰洛夫紊流区公式；,在实际工作中，常采用张瑞瑾各区统一公式计算沉速。,35,作业一,1,、有一卵石，,d=0.1m,，从水深,h=10m,的水面抛入水中，水的流速,U=1m/s,，若不考虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？,2,、什么是泥沙的沉速？球体沉速与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？,3,、什么是絮凝现象？影响絮凝的因素有哪些？,4,、试比较岗恰洛夫、沙玉清、张瑞瑾的泥沙沉速公式，说明在层流、紊流、过渡区中泥沙沉速的计算公式有何不同？如何判别层流、紊流、过渡区这三种绕流状态？,5,、论述含沙量对沉速的影响。,