第次课泥沙的沉速.ppt
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1、2.1 泥沙沉降的不同形式,第2章 泥沙的沉速,1、沉速的定义,单颗粒泥沙在足够大的静止清水中等速下沉时的速度,称为泥沙的沉速。用符号表示。,定义的理解,应注意的几点, 泥沙在水中沉降时所受作用力, 泥沙在水中沉降特点, 研究泥沙沉降的意义,2,5. 泥沙在静水中下沉时的运动状态,沙粒雷诺数,3,2.2 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),4,2.2 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),5,3.
2、球体沉降的阻力系数(求解沉速的关键参数!),图2-2 球体及圆盘的阻力系数与雷诺数的关系图(C d Re d 曲线),6,试验结果分析:,、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;,7,试验结果分析:,、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 Cd=0.45。,在Red2105之后Cd值的急剧下降是由于球体绕流分离点后移引起的。,8,、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。,试验结果分析:,9,
3、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),10,5、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( Red0.5),将,(2-5),代入球体在静水中沉速的一般表达式,得,(2-6),此式即为层流区的球体沉速公式,又称Stokes沉速公式。,11,、紊流区圆球沉速公式( Red1000),(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,,12,、过渡区圆球沉速公式( 0.5 Red1000),过渡区,阻力系数与沙粒
4、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Cd-Red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。,14,3、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(d0.15mm),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,(2-21),15,3、
5、岗恰洛夫公式,紊流区泥沙沉降阻力值大致在0.9-1.4之间 岗恰洛夫取 Cd =1.17,紊流区沉速公式(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),16, 过渡区沉速公式(0.15d1.5mm),17,4、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(d0.1mm),沙玉清取紊流区泥沙沉降的阻力系数 Cd =1.02,紊流区沉速公式(d2mm),(2-26),18,4、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/s2,d:m,公式单位若为:cm/
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