泥沙颗粒扬动条件

泥沙颗粒扬动条件是在水流作用下,颗粒由静止或推移状态转变为悬移状态的条件。它与起动条件一样,也是研究泥沙颗粒运动的重要特性之一。 现有研究成果是分别从两个途径着手的。一种是将泥沙颗粒特性与使之进入浮悬状态的水流条件相联系,从而得出扬动条件。扬动条件有三种表达形式:有根据力的平衡     

山洪携带泥沙引发的山区大比降河流水深变化规律研究

山洪常常携带大量泥沙进入山区河道,运动的泥沙从水流中吸收能量,增大了水流阻力从而使水位额外升高.本文通过大比降水槽试验模拟该现象,试验结果表明泥沙进入河流后因颗粒间的碰撞、运动吸收能量导致阻力增大,水深增加;水深受携带泥沙粒径、输沙率、床面形态、底坡与水流的影响.最后分析以上的各因素对水流阻力的变化规律,推导出泥沙进入河道情况下山区大比降河流水深的变化,建立起水流挟沙后水深变化的经验表达式.     

恒定流中泥沙运动速度实验

泥沙颗粒运动速度与水流运动速度是不一致的,进而会对水流输沙和河床演变产生影响。通过采用粒子追踪测速方法(Particle Tracking Velocimetry-PTV)和粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry-PIV)测量了水槽中2种粒径的泥沙颗粒运动速度及相应的水流运动速度。实验结果表明,泥沙颗粒运动速度沿垂线分布与水流速度不一致,在对数区,泥沙颗粒的运动速度略小于水流的速度,泥沙运动滞后于水流运动;在近壁区,泥沙颗粒的运动速度大于水流速度,且在本实验的粒径范围内,随着泥沙颗粒粒径增大,泥沙颗粒的运动速度也随之增大。     

水—沙两相流的激光多普勒分相测量和试验研究

探讨泥抄颗粒在水流中的悬浮运动机理和水、沙两相之间的相互作用，首先需要分别了解水流和泥沙颗粒的运动特性及相互关系。因此，怎样分相观测水流和泥抄颗粒的运动参数成为泥沙运动基本理论研兜的一十重要问题。本文集中介绍了利用激光多普勒技术分相测量水流和泥沙运动参数的基本原理和方法．以及利用常见的一维激光器(无声光频移)测量水流和颗粒垂向(垂直于水流运动方向)脉动速度的实验方法。使用该技术对水平方管内的水一沙两相流运动进行了试验观测，给出了两相速度、纵向及垂向湍流度，以及泥沙浓度的测量结果。     

高含沙水流紊动能量转化与耗散规律

基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,推导得出了紊动能转化率kt,表达式以及泥沙悬浮效率系数es表达式。通过应用室内水槽平衡输沙试验实测数据,分析了紊动能转化率kt与有效雷诺数Rem之间关系,并探讨了紊动能转化率kt、泥沙悬浮效率系数es和泥沙悬浮功Es等表述能量的三大特征值随含沙浓度的变化规律,得出了在高含沙水流(Sv≥0.15)情况下kt、es和Es三者均随着含沙量的增加而呈现减小的变化规律,表明泥沙含量的增加不会给水流增加额外的能量负担,高含沙水流这种特有的紊动能量转化与耗散规律,为黄河具有“多来多排”的输沙特性找到一定的理论依据。     

挟沙水流能量平衡问题的研究综述

从能量平衡的观点来研究泥沙的运动规律，是泥沙运动力学中的一个重要研究方向。本文总结了有关学者提出的挟沙水流的能量平衡方程，指出这些方程还存在一些缺陷。从而从这些有缺陷的能量平衡方程所得到的一些泥沙运动理论，如输沙强度、动床阻力等，就难免在理论上存在一定的不足。因而目前应加强挟沙水流的能量平衡方程的研究，才能促进泥沙运动理论的进一步发展。     

明渠挟沙水流中悬移质的床面平衡浓度

本文通过泥沙颗粒运动的概率密度输运方程，推导出床面附近运动的泥沙颗粒的概率密度函数及相应的泥沙颗粒向上运动和向下运动的通量，建立了计算明渠挟沙水流悬移质床面平衡浓度的关系式。通过与试验资料及经验公式的比较对本文建立的关系式进行了检验，结果表明本文所得计算公式与实际符合较好，可用于悬沙床面平衡浓度的计算。     

造床过程的模型律

任何模型试验均应以相似理论及因次理论的运用为基础,因为对于模型试验说来,必须善于确定符合于所要研究的现象的相似准别。如果已经拟定了微分方程式和单值条件,那么就可以很容易确定相似准则。不过直到现在还不能用微分方程式来描述泥沙的运动以及河床演变过程。因此在模型试验上通常使用经验求得的关系和关系式。作者于1949年根据因次理论和相似理论得出在围绕颗粒的水流为阻力平方区的情况下,水流推移泥沙的判别方程式[文献],     

黄河流域黏性泥沙群体沉速计算分析

针对黄河流域由黏性矿物组成的黏性泥沙群体沉降特征展开研究。基于泥沙颗粒受力分析和能量守恒定律,以处于稳态的泥沙颗粒为参照物,构建了泥沙颗粒水沙界面能量耗散物理图形;建立了考虑挟沙水流运动黏性系数和紊动黏性系数的泥沙群体沉速显式表达式,并采用黄河流域典型黏性泥沙红色砒砂岩颗粒开展了泥沙群体沉速试验研究。结果表明：红色砒砂岩组成的含沙水体中泥沙群体沉速整体随含沙量增大而减小并逐渐趋于定值;当垂向平均含沙量为0.34～0.45 kg/m³时,泥沙群体沉速表现为随含沙量的增加而增大。采用试验数据对建立的公式进行验证,公式能较合理地表达水流黏性和尾流分离对泥沙颗粒沉降阻力的影响。研究结果可为黄河流域黏性泥沙淤积和输移规律研究提供参考。     

砂卵石河流粗化完成后细沙补给对河床阻力的影响

结合Venditti关于细沙补给对河床活动性影响的分析,引用修正后的Einstein-Barbarossa方法对河床阻力进行划分,探讨了细沙补给对砂卵石河流冲刷粗化完成后河床阻力变化的影响。研究结果表明:在一定量细沙补给的条件下,沙粒阻力与床面阻力的比值先减小后增大,形状阻力与床面阻力的比值先增大后减小;水流克服表面阻力损失的能量随沙粒阻力减小而减少,进一步导致水流损失的机械能减小,河床上大颗粒泥沙获得的能量增大进而导致其活动性增强;河床上活动的泥沙颗粒与裸露大颗粒泥沙之间不断接触碰撞形成局部能量交换,裸露大颗粒泥沙通过水流方向的动量交换所产生的颗粒剪应力增大,这可能也是河床上大颗粒泥沙活动性增强的一个原因。     

泥沙颗粒的扬动机理分析

本文从分析床面附近泥沙颗粒的运动特征出发，较细致地论述了沙粒在水流中从推移运动到扬起悬浮的物理过程，根据水槽试验的基本现象，讨论了过去一些理论中存在的问题和不足，概括了泥沙颗粒在水流中从床面扬起的基本模式，从二相流角度出发，分析了沙粒在水流中扬起的动力学机理。     

河流泥沙研究进展

泥沙研究主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。泥沙学科体系始建于20世纪,侧重河流泥沙研究。河流泥沙运动力学基本理论包括：泥沙的沉降特性、泥沙的起动特性、悬移质运动规律、推移质运动规律、水流挟沙力、非平衡输沙、泥沙运动统计理论、异重流运动理论、波流作用下的泥沙运动理论等。在长期的治河实践中,我国的泥沙科学发展迅速,主要进展包括：泥沙运动力学基本理论,高含沙水流的运动机理与理论,河流模拟的理论与技术,水库泥沙的对策与管理,河道演变规律的认识及治河工程技术等。本文对河流泥沙研究的主要进展进行简要综述。     

关于长江和汉江干流水库泥沙淤积计算方法的意见

一、泥沙淤积理论简述水流所挟运的泥沙由于运输方法不同,分为悬移质与推移质两种。悬移质的运劫是由于紊流的脉动分速而形成。推移质泥沙的运动是因河底上的泥沙受到正面作用力和上举力所形成。促成河底泥沙开始移劫的流速称为泥沙颗粒的始动流速(或称冲刷流速)。随着流速的增大,沙粒移劫的速度也增大;当流速增大到临界流速以上时,泥沙就转入悬移状态。保持泥沙在悬移状态,不至落淤的水流临界流速,称为不淤流速。泥沙沿河底跳跃前进的现象,属于推移运动转     

黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征

泥沙在水与河床演变中起到纽带作用,因粒径不同,其运动形态、运动规律以及对河床的作用等不尽相同。因此,研究河床演变就不能轻视泥沙的运动特性,尤其是黄河内蒙河段这种水沙异源的河道。根据实测和实际钻探采样资料,分析了该河段悬移质和河床质的泥沙组成。并以此为基础,从起动扬动、悬浮高度、挟沙能力等角度探讨了主要粒径泥沙在一定水流条件下的运动形态与规律。通过能量和功率方程求得黄河内蒙河段的推移质输沙率。结果表明,内蒙河段悬移质基本上由粒径小于0.080 mm的泥沙组成,而河床质主要粒径为0.100~0.500 mm,其中粒径为0.100~0.250 mm的泥沙活跃于冲淤过程。推移质输沙率的分析表明,来自黄河内蒙古河段上部的粗颗粒泥沙不易被水流长距离挟带,大部分淤积在三湖河口上游。     

温度分层水库中泥沙间层流形成条件研究

水库的垂向温度分层会影响入流水体在水库内的运动形态,挟沙水流进入温度分层水库后,在一定条件下能够沿水平方向侵入环境水体中形成泥沙间层流运动。该文通过水槽试验模拟了泥沙间层流运动,探讨了水库泥沙间层流的形成条件。研究表明,含沙量较少且所含泥沙颗粒的粒径较小时,挟沙水流才能在温度分层水库中形成泥沙间层流。     

均匀切变水流对黏性细颗粒泥沙絮凝的影响研究

黏性细颗粒泥沙的絮凝是河流动力学中一个重要且尚未完善的研究课题。本文以分形聚集生长理论为基础,考虑了絮团破碎、泥沙浓度等因素的影响,使用三维无网格方法,在MATLAB平台上通过模拟泥沙颗粒和絮团在布朗运动、重力沉降和均匀切变水流作用下的碰撞黏结过程,研究了水流剪切作用对黏性细颗粒泥沙絮凝的影响。研究结果表明：水流作用可提高颗粒之间的碰撞几率,促进絮凝,但高水流剪切力作用下絮团破碎现象明显,因此,水流速度梯度的大小对细颗粒泥沙的絮凝有一定的影响,即絮凝速度及絮团平均粒径随水流流速梯度的增大呈先增后减的规律;均匀切变水流作用下,絮团粒径分布均匀化,絮团在垂直水流方向上发育较好且分形维数较大。本文研究成果是进一步研究天然河道中黏性细颗粒泥沙絮凝机理的成功尝试。     

黄河尊村灌区泥沙问题研究

针对尊村灌区存在的问题,进行原型观察和计算,对灌区水流泥沙运动规律及泥沙利用模式进行研究,在天然资料缺乏的情况下,提出以渠道泥沙冲淤量为零(△qs=0)时水流条件所对应的相对平衡含沙量定义为渠道的水流挟沙能力;采用模型相似类比法,由已建渠道实测资料推求新建渠道的挟沙能力;总结提水灌区通过调控运行解决渠道特别是渠道首段泥沙淤积的经验.     

泥沙对水流紊动影响的进一步分析

泥沙颗粒对水流紊动的影响是水－沙两相流运动的重要问题之一。本文针对这一问题，从水流紊动的起因出发，分析了泥沙影响水流紊动的基本途径和方式，结合实验资料，主要对含沙量和泥沙粒径影响水流紊动强度的机理进行了探讨。从不出现尾涡脱落的至少能响应一部分大尺度涡的基本条件出发，得到了泥沙颗粒抑制或增强紊动的判别条件，并得出结论：因含有沙粒、水流紊动存在着被削弱、增强、或局部削弱、局部增强３种情况，表面在不同的     

冲积河流一维数学模型

本文发展了一个模拟冲积河道河床变形的一维数学模型.此模型引入了混合层和淤积层概念模式用于模拟河床组成,并考虑了非均匀颗粒的不平衡输移,用隐式有限差分法同步求解水流泥沙连续方程式、水流运动方程和河床组成方程式.这些特点使得该模型能同步反映水流与河床相互作用和制约的关系,并能用于计算和模拟(1)河床长期变形;(2)非均匀质不平衡输沙;(3)冲淤过程河床组成变化;(4)冲刷极限状态床面覆盖作用.此外,模型还具有稳定性能好,计算步长大的特点.     

水库泥沙絮凝机理研究

天然水体泥沙絮凝的作用力主要来源于颗粒表面的电荷作用,其絮凝的基本原理可以采用DLVO理论分析研究。以三峡水库中的水体环境因素为基础,通过DLVO理论量化了颗粒之间的作用能和作用力。通过对颗粒之间位能曲线上特征值与泥沙颗粒相对运动具有的动能之间的对比,得到了泥沙颗粒能够形成絮凝的水动力条件。对比三峡水库具体的水动力因素发现,坝前水深较大,当泥沙处于水体的中层时更容易产生絮凝;水库中泥沙的絮凝体均较为疏松,颗粒之间相互作用力较小,容易在水流中被剪切破坏。最后通过力的平衡关系得到了絮凝体的极限下沉速度,沉速等于絮凝体极限下沉速度的单颗粒泥沙粒径即为絮凝临界粒径,约为0.019 mm,小于临界粒径的单颗粒泥沙的沉速需要考虑絮凝因素而进行修正。