粘性泥沙在静水中沉降特性的试验研究

乐培九(黄河水利委员会水利科学研究所): 该文通过对较丰富的试验资料的分析研究,揭示了粘性泥沙在静水中沉降的特性,提出了在稳定含盐度(S=30％左右)条件下的静水絮凝沉速关系式以及群体沉速的计算公式,在生产和理论研究方面都将是有益的,读了很受启发.但是,正如作者所指出的那样,由于絮凝机理以及浑水流变特性的复杂性,使得我们的研究工作与实际还有很大差距.下面就笔者尚不清楚的问题提出几点,以求教于作者及国内有关专家.     

泥沙颗粒在静水中沉降的聚结现象和处理

人们在实践中普遍发现,泥沙在水介质里沉降运动过程中,细颗粒之间会形成聚结下沉,并由此造成粒级含量分析结果很大失真。本文根据对长江泥沙的实验,谈谈对这方面的认识与处理办法。供泥沙颗分工作者参考。一、泥沙颖粒在水中聚结原因我们曾经在一定量蒸溜水中,加入一定量有正负离子存在的矿质水,对同一类型泥沙进行颗粒沉降分析,得到了差异很大的粒配结果如表(1)     

球体在静水中的沉降规律及其在天然泥沙中的运用

本文分析了球体在静水中沉降时,阻力系数随雷诺数变化的规律,从而提出了球体在静水中的沉速公式。文章的第五部分分析了天然泥沙形状对沉速的影响,并建立了形状系数对阻力系数影响的关系式,在球体沉速公式的基础上,得出了天然泥沙的沉速公式。     

粘性细颗粒泥沙絮凝沉降的初探

粘性细颗粒泥沙的絮凝与沉降问题,牵涉的生产问题比较广泛,如河口海港的淤积等.由于颗粒周围的水中存在电介质,如遇到海水,就产生絮凝团加速下沉.细泥沙产生絮凝的影响因素是很多的,但主要是颗粒表面的电化学作用.根据电化学理论,细泥沙产生絮凝的条件有二个:(i)颗粒间碰撞机率的大小,(ii)吸引势能大于排斥势能.促使悬浮泥沙颗粒间的碰撞的机理有二种:(a)布朗运动,(b)重力沉降.因为本文只分析静水的絮凝沉降,而长江口等泥沙中值粒径大于0.001毫米,属于重力沉降范畴.我们将布朗运动颗粒凝并的理论应用到重力沉降中,导得细泥沙初期絮凝时颗粒凝并数目的计算公式,从而求得凝并前与后的泥沙粒径比值和凝并后的沉速计算公式.利用连云港泥沙试验资料进行计算,与试验值比较,在含盐量较小时比较符合,并导出捕获系数比与含盐量的关系式.又利用长江口泥沙试验资料计算不同含盐量的沉速,与试验值也基本吻合.     

静水中粘性细颗粒泥沙絮凝临界粒径的确定及其影响因素分析

将胶体化学的DLVO理论引入到泥沙絮凝问题的研究中,从力学角度提出了一种分析确定泥沙絮凝临界粒径值的新方法,并力求从量级上对影响泥沙絮凝的各种因素进行了分析,与现有研究成果对比,表明本文提出的方法可以用于分析和确定静水中泥沙的絮凝临界粒径值,动水中絮凝临界粒径的确定方法有待更进一步的研究.     

細顆粒泥沙在靜水中的沉降运动

原文中讨论了细颗粒泥沙的沉降规律和粒度性质,提出了不少新颖的见解.笔者拟就其中几个主要问题,提出讨论. (一)集成体系与絮凝作用的关系集成体系是一个新名词.按照原作者的解释,集成体系的絮凝作用极微,或絮凝作用不显著.原作者是这样解释的:(1)絮凝现象的主要原因是布期运动.由于集成体系的浓度较高,抑制了布朗运动,因而絮凝作用也受到抑制;(2)絮凝作用应该加大泥沙的静水沉速.而集成体系的沉速要低于颗粒的自由沉速,因此这个使沉速减慢的作用就不可能是絮凝作用.应该说,这两个看法,具体到细颗粒泥沙,都还需要作进一步的分析. 首先,让我们来估计一下泥沙颗粒扩散系数的数量级,看看布朗运动在这里能不能成为絮凝的主要     

細顆粒泥沙在靜水中的沉降运动

在靜水中的泥沙沉速,是研究泥沙运动規律时的一个重要指标.本文首先从泥沙的靜水沉降和水流中起动的一般規律出发,給出了細顆粒泥沙界說的分析过程和結論,并討論了在分散体系和集成体系中有关細顆粒泥沙組靜水沉速的計量标准.其次从絮擬作用对于細顆粒泥沙靜水沉降的影响出发,分析并解释了細顆粒泥沙在靜水中沉降的一般性規律.最后給出了在各种情况下計算細顆粒泥沙靜水沉速的建議公式.     

粘性细颗粒泥沙挟沙规律试验研究

通过粘性细颗粒泥沙水槽试验研究, 证实粘性细颗粒泥沙在一定的水力泥沙条件下,存在水流挟沙力, 其本身的输沙能力受到粘性泥沙的水流挟沙力限制; 但是在另外一些水力泥沙条件下, 粘性泥沙的水流挟沙力很大, 河流中的粘性泥沙表现为冲泻质的性状, 并不受到粘性泥沙水流挟沙力的制约。另外, 从研究粘性泥沙本身所特有的电化学性质出发,介绍了所推导的粘性泥沙水流挟沙力的计算公式。     

粘性细颗粒泥沙静水絮凝沉降生长的计算机模拟

利用分形生长模型对粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降过程进行了计算机模拟,在扩散受限的絮团聚集模型(DLCA模型)的基础上,初步研究了粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降分形生长过程,并对最终的絮凝体进行了图像处理,得到了分形维数和颗粒浓度的关系。     

塔里木河粘性泥沙分布与物化特性研究

对塔里木河水网特性与其周边环境特点及水沙特性进行了概况性分析,根据这些分析,对塔里木河流粘性泥沙的形成由来以及其分布大致特征进行了推断与分析。报道了针对塔里木河下游的粘性泥沙样本所进行的筛分试验和化学成分的测试,得到塔里木河粘性泥沙的物理化学基本特性。对塔里木河流的粘性泥沙的其他一些特性进行了粗略分析,为后续对塔里木河流粘性泥沙运动规律的研究打下坚实的基础。     

不同直径气泡在静水中运动特性的研究

运用VOF数值模拟技术分析了水中气泡的运动特性.采用了数值模拟方法测量气泡上升过程中的形状、上升速度和气泡轨迹,采用自编程序的数字图像处理技术进行模拟结果的后处理,并对获得的结果进行讨论分析.从分析结果可以看出:直径2mm以下的小气泡呈直线或“Z”字形运动状态,直径大于2mm的气泡为螺旋运动或者更复杂的随机运动;气泡速度经过初始加速阶段以后存在明显的震荡,这个震荡幅度与气泡的长宽比有很好的相关性;气泡在上升过程中顶部和尾部速度比中部速度大,气泡尾部涡竖直方向上分布的不对称状态是气泡上升路径发生改变的主要原因.     

静水中上升气泡沿倾斜壁面的运动特性试验研究

水中气泡在倾斜壁面附近的运动规律研究是当前气液两相流研究领域的热点问题.该文通过试验采用高速摄影和数字图像处理技术,初步研究了静水中上升气泡沿倾斜壁面的变形、黏附、滚动、反弹特性.研究结果表明,壁面倾斜角度越小,气泡接触壁面后的变形就越大;气泡以滚动的形式沿倾斜壁面运动;当壁面水平放置时,气泡会黏附在壁面上,而当壁面倾斜角度θ＜4.67.时,气泡会沿着倾斜壁面滚动一段距离后也会黏附在倾斜壁面上,当θ＞4.67.时,气泡会一直沿着倾斜壁面滚动直至脱离壁面;在更大的壁面倾角下,气泡在壁面上发生连续的碰撞和反弹运动,而气泡与壁面碰撞的反弹幅度随着壁面倾斜角度的增大而增大.该文研究结果旨在为相关的近壁面气泡运动特性研究提供参考.     

泥沙在动水中沉降速度和沉淀率的试验研究

一前言泥沙在动水中的沉降问题是工程设计中常见的问题。例如城市工业引水处理泥沙,电厂发电处理煤灰,以及农业灌溉引水设计沉沙池等都会碰到这个问题。二十世纪以来,为了解决上述生产中所碰到的问题,不少学者从各种途径进行过研究。有的从挟沙水流的     

气泡在静水中上升行为特性可视化实验研究

搭建可视化实验台,实验研究了气泡在顶部浸没管口处生成后在静水中的上升行为过程及其特性。获得了气泡尺寸、气泡等效直径、气泡宽高比、气泡上升速度以及相邻气泡质心间的垂直距离等气泡运动特征参数的变化规律。对比分析了管口管径和气体流量对气泡特性的影响,揭示了气泡上升过程中的运动轨迹。实验研究发现:相邻气泡质心间的垂直距离随着气体流量的增大呈现出减小的趋势;气体流量增大,气泡间发生破裂碰撞的机率随之增大,气泡在上升过程中的紊乱程度愈加明显;气泡在上升过程中呈现出直线型、折线型和S型三种运动轨迹;直线型轨迹下,气泡水平速度近似为0;折线型轨迹下,气泡速度随着气泡上升高度的增加呈现周期性变化规律;S型轨迹下,气泡水平速度变化幅度较小;随着时间的增加,气泡上升速度呈现出先增大再降低最后趋于平缓的规律;气泡等效直径随气体流量和管径的增大而增大;气泡宽高比随气泡上升高度呈现出增大趋势,气泡形状由最初的球状向扁平状转变,且以直线型轨迹下的气泡宽高比为最小。     

长江口南槽粘性细颗粒泥沙环形水槽试验研究

粘性细颗粒泥沙在盐淡水混合区域遇电解质海水发生絮凝,从而改变了泥沙原有的沉降特性.选用长江口南槽悬沙,在双向环形水槽中进行盐度、含沙量、流速等不同条件下组合实验.结果表明:不淤流速与泥沙粒径密切相关,而含沙量、盐度等条件可以忽略,多种组合条件下均表现为50～60 cm/s;沉降速度随着断面平均流速的增大而逐渐减小;平衡含沙量与流速呈对数关系,低流速条件下盐度影响较大;泥沙的淤积百分比与流速表现为二次曲线关系,淤积量与盐度并非成严格正相关关系,而是与流速、含沙量等因素关系较密切,且在低流速情况下与初始含沙量关系不大.     

低温水中硝基苯沉降分布的试验研究

以松花江水污染事件中硝基苯在河流滞水区和缓冲区中的沉降为背景,通过含硝基苯水体在实验室内的静置模拟试验,研究了含硝基苯的水体在低温条件下静置后硝基苯浓度的竖向分布规律。模拟试验的结果证实:当水体温度接近于0℃时,本试验浓度条件下静置水溶液中的硝基苯在溶液中均匀分布。     

粘性细颗粒泥沙絮凝研究概述

以絮凝动力学理论(Smoluchowski方程)、胶体稳定性理论(DLVO理论)和分形几何(Fractal Geometry)在絮凝研究中的应用为线索，回顾了粘性细颗粒泥沙絮凝结构，絮团沉速，以及影响絮凝因素(泥沙粒径、浓度、电解质阳离子、温度和水流紊动等)等方面的研究成果；综述了絮团的尺寸、密度、沉速、破坏强度及碰撞频率函数的分形几何描述方式；介绍了快速絮凝和慢速絮凝的分形生长模型，以及絮凝发育过程数值模拟的研究进展．针对河流泥沙在矿物组成、颗粒尺度、表面电荷分布和水中盐分多样性的特点，以及粘性细颗粒泥沙絮凝研究的特殊性，提出进一步深化粘性细颗粒泥沙絮凝研究的建议．     

超声波振动仪器在采用沉降法进行粘性泥沙粒径分析中的应用

本文提出在粘性泥沙粒径颗粒分析中使用超声波振动仪器进行细颗粒泥沙分散的方法,使用基于沉降法原理的TZC-4粒度分析仪,采用三种不同的颗粒粒径测量工艺分别对乐清湾港区、阳澄湖、奉贤边滩、上海闵行河道四种不同的泥样进行了颗粒粒径分析,并与现有规范规定的测量工艺所得结果进行了对比。实验分析表明,该方法能够有效地测量泥沙的基本粒径,泥沙颗粒越细,该方法的优越性越为突出。     

静水中大雷诺数球形颗粒变加速沉降的理论分析与试验

基于单颗粒泥沙沉降的力学机理,对静水中大雷诺数球形颗粒沉降过程中的受力状况进行分析,推导出变加速沉降运动过程的瞬时速度、沉降历时及沉降位移公式。试验数据与所推导公式的计算结果对比分析表明:计算位移与实测值相对误差都小于5%,大部分小于4%;瞬时沉速计算值与试验值相对误差都在7%以内,大部分小于5%,计算值与实测值吻合良好。     

刚性植物条件下静水中粗颗粒泥沙沉速研究

为了探求水生植物对泥沙沉速的影响,本文在总结泥沙颗粒在水体中沉降的影响因素及阻力系数规律的基础上,在静水中设置不同直径、不同排列密度的不锈钢圆柱细杆模拟水体中不带分叉的刚性植物,分别测定粒径为0.1cm~0.45cm的沙粒沉速,并与没有植物条件下的沉速进行对比。研究结果发现,在试验粒径范围内,含植物水体中泥沙沉速随泥沙粒径、植物密度增大而减小,通过修正阻力系数,推导出考虑植物杆径及植物密度排列的泥沙沉速公式。