03、第三次课（第一章第四节）.ppt

第四节 泥沙的水力特性 一、泥沙沉降的不同形式 ⒈ 沉降速度定义 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度，称为泥沙的沉降速度。 简称沉速，符号ω，单位cm/s。 定义的理解，应注意的几点 ⒉ 泥沙在水中沉降时所受作用力 ⒊ 泥沙在水中沉降特点 ⒋ 研究泥沙沉降的意义 ⒌ 泥沙沉降的不同形式 ①、沙粒雷诺数 ②、泥沙沉降的运动形式 二、球体的沉速 ⒈ 球体沉降阻力 牛顿绕流阻力的一般表达式 圆球沉降时，水体对球体施加的阻力为 (1-14) ⒉ 球体沉降的阻力系数（求解圆球沉降的关键参数！） 试验结果分析： ①、球体沉降时的运动状态处于滞流区，沉降阻力主要为粘滞力，阻力系数与沙粒雷诺数成线性关系； 试验结果分析： ②、球体沉降时的运动状态处于紊流区，沉降阻力主要为紊动阻力，粘滞阻力可以忽略不计。阻力系数与沙粒雷诺数无关，接近于常数 ； 试验结果分析： ③、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~ReD图可知，阻力系数与沙粒雷诺数之间呈曲线关系。 ⒊ 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 （1-15） 由牛顿绕流阻力所得的圆球绕流阻力的一般表达式 于是，得 (1-16) 4、球体沉速的一般表达式 列出圆球沉降时力的平衡方程 可得球体在静水中沉速的一般表达式 (1-23) 4、层流区、紊流区和过渡区圆球沉速公式 ①、层流区圆球沉速公式（ ） 将 代入球体在静水中沉速的一般表达式，得 （1-19） 此式即为层流区的球体沉速公式，又称Stokes公式。 ②、紊流区圆球沉速公式 球体沉降处于紊流区，由试验曲线图知， 代入球体在静水中沉速的一般表达式，可得 （1-21） ⒌ 过渡区球体沉速 过渡区，阻力系数与沙粒雷诺数之间呈曲线关系。 (1-23) 三、泥沙的沉速 ㈠、岗恰洛夫公式 ⒈ 层流区沉速公式（ ） 球体层流区沉速公式（Stokes公式） （1-19） 泥沙沉降阻力大于球体沉降阻力，天然泥沙沉速应较球体沉速小，所以应该乘以一个小于1的系数。 泥沙在层流区的岗恰洛夫沉速公式为 （1-24） ⒉ 紊流区沉速公式（ ） 紊流区泥沙沉降阻力值大致在0.9-1.4之间 岗恰洛夫取 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 ，并令 便得泥沙在紊流区的沉速公式