泥沙的群体沉降—两种典型情况下非均匀沙沉速计算

本文讨论了泥沙群体沉速的计算公式、着重分析了非均匀沙沉速确定的两种典型情况:即水流挟沙力计算中非均匀沙的沉速确定,及浆体浓缩或浑水澄清中非均匀沙沉速计算.对于前者颗粒组成中较粗部分对沉速起主要作用,对于后者,颗粒组成中的细颗粒对沉降起主导作用.企图从非均匀沙中找出平均粒径或中值粒径作为代表粒径来计算群体沉速,往往难以符合实际.本文从实际应用角度出发,分析了上述两种典型情况下非均匀沙沉速的确定方法,并有实例验证说明.     

固体颗粒的群体沉降速度分析

从流体力学原理出发，数值模拟非均匀沙随机分布对流场的影响，推导出固体颗粒群体沉速的理论解。该公式不仅量纲和谐，浓度变化不超过极限浓度值，能反映含沙量与非均匀沙级配变化对群体沉速的影响，而且可避免其它公式量纲不和谐，计算中出现负值或降得过快的缺点。采用黄河实测资料对该公式进行了验证，计算结果与实测资料基本符合。     

细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速试验研究

本文研究了细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速，认为塑料沙有可能保证各粒径级的沉降和起动与天然悬移质泥沙相似。     

非粘性均匀沙沉降规律研究

详细分析了均匀沙沉降机理，建立了合理的沉降模式。据此模式导出了非粘性均匀沙群体沉速的理论计算式，该计算式与试验资料符合很好，且对于高含沙浓度和低含沙浓度都可适用。     

一种塑料模型沙运动特性试验

对一种复合塑料模型沙的水下休止角、群体沉速、起动流速等运动特性进行了试验研究:使模型沙在静水中自然落淤成丘,通过几何关系可得水下休止角;将沙样按粒径分组进行单颗粒沉速试验,统计平均后再按质量加权得到模型沙群体沉速;在玻璃水槽中对5种水深下的泥沙起动流速进行了测量及经验公式验证。试验结果表明:该模型沙水下休止角为28.4°,较传统塑料沙、水下休止角范围大,具有较好的水下成形特性;对于该模型沙,其单颗粒沉速用W.W.Rubey公式计算精度较高,但群体沉速用中值粒径进行经验计算则精度不够,合理的代表粒径有待进一步研究;起动流速比传统塑料沙大,这与水下休止角试验是相符的,通过调整沙莫夫系数K,沙莫夫公式可较好地表述个别起动和少量起动的情况,大量起动时则不够精确。     

非均匀沙起动规律研究

非均匀沙运动规律与均匀沙存在明显的不同。本文从非均匀沙运动特点出发，简要阐述了非均匀沙的运动机理，利用滚动平衡方程式建立了能反映非均匀沙粗化，细化过程和床沙受暴露，隐蔽作用和起动流速公式，利用实测资料率定计算公式中的系数。与其它起动流速公式相比，本文推导的起动流速公式较好地反映了非均匀沙的起动特性；较细的非均匀床沙较粒径均匀的同粒径床沙难于起动，而较粗的非均匀床沙较粒径均匀的同粒径床沙易于起动。     

粘性泥沙在静水中沉降特性的试验研究

本文通过对我国一些港口、河口粘性泥沙的静水沉降试验,初步勾绘出粘性泥沙在不同含沙浓度下的沉降性态及物理图案,大致可区分为四个区段,即絮凝沉降段、制约沉降段、群体沉降段和密实段。在稳定含盐静水中的絮凝沉速取决于泥沙粒径和类型、含沙浓度、沉距和水温等因素。通过试验资料分析,获得静水絮凝沉速的结构式为式中F为絮凝因子,它表征泥沙粒径对絮凝的影响,可表达为本文还通过对群体沉速的现有公式的分析,建议采用修订过的Richardson型公式。     

黄河水流输沙能力公式的若干修正

根据黄河含沙量高的特点,考虑了含沙量对水流粘性和泥沙沉速的影响及非均匀沙的代表沉速,对黄河上常用的输沙能力公式进行了修正,给出了适合于黄河的输沙能力公式。     

塑料沙静水沉速的试验研究

 本文重点论述塑料颗粒在静水中沉降运动的规律,阻力特性以及阻力系数变化规律,并得出各流区的沉速公式。实验资料表明,塑料颗粒的阻力系数曲线与天然沙十分相近,因而除过渡区外,滞流区和紊流区的沉速公式与天然沙基本一致。比重不同的影响,仅在划分流区的粒径界限有所差别。根据塑料颗粒出现的漂浮和上浮现象,作者认为,滞流区的沉速公式只能适用于直径为0.10～0.35mm的塑料颗粒。     

渭河下游水流挟沙力公式的初步研究

在对渭河下游成阳、临潼及华县站20世纪70年代以来实测水沙资料分析计算的基础上,考虑粒径分组、单颗粒沉速、浑水泥沙沉速修正、进口断面悬移质泥沙级配、非均匀沙代表沉速等因素影响,率定了渭河下游水流挟沙力公式系数和指数取值,在一维洪水演进计算应用中具有一定的适用性.