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水利工程论文-水沙流中的泥沙悬浮(Ⅱ).doc

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水利工程论文-水沙流中的泥沙悬浮(Ⅱ).doc

水利工程论文-水沙流中的泥沙悬浮(Ⅱ)摘要:本文探讨了影响泥沙扩散系数的因素,讨论了传统理论在描述泥沙颗粒垂线分布时的不足,并指出了动理学在悬浮泥沙运动描述中的应用前景。关键词:水沙流泥沙悬浮动理学1影响泥沙扩散系数的因素在基于传统的连续介质假说的各种理论中,泥沙扩散系数的确定仍依靠半经验处理。然而,这种近似不足以给出令人满意的物理解释。例如,实验结果表明[53~55],颗粒的物理属性(如颗粒直径和密度等)都对颗粒扩散系数εs有明显影响,但以前的理论都不能将这些影响直接地考虑在内。颗粒物理属性的影响经常被含糊不清地归结于不同的颗粒沉降速度。事实上,沉降速度的变化大多反映的是颗粒物理属性对颗粒确定性运动的影响,而不是颗粒在紊流中的随机运动。在研究一个协振圆柱系统中的颗粒垂线分布紊动影响时,Rouse发现当格栅振动频率f相应变化时,泥沙颗粒扩散系数εs随颗粒直径变化[53]。颗粒直径越大,泥沙颗粒扩散系数(见图1)也就越大。Coleman从他的水槽实验中也得到了同样的结论[54]。所有这些结果表明,颗粒扩散过程或多或少地与紊动交换过程有所区别。看起来似乎更大的颗粒对应更大的沉降速度,并因此而有更大的扩散系数εs。然而,后来更精确的测量并不支持这种观点。用与Rouse相似的设备[53],邵学军发现[55],虽然在紊动较强时,εs随粒径增大而增大,但在紊动较弱时恰恰相反,εs随粒径增大而减小。图2和3的实验结果表明,在颗粒物理属性如何影响颗粒悬浮这个问题上也许存在更深刻的机理。例如,颗粒群的存在将影响整个紊流结构,而不仅仅是单个颗粒的沉降速度。图1颗粒扩散系数的变化[53]Variationofsedimentdiffusioncoefficient建立颗粒群对紊流场影响的清晰图画依赖于对紊流自身的合理理解。紊动可以看成是许多具有不同特征频率的微小扰动的叠加,或者是不同特征尺寸的涡漩的叠加。然而,不能期望所有的脉动(或频率)都会影响颗粒的运动。换句话说,不同物理属性的颗粒会影响不同频率的涡漩。实际上,甚至在单相液流中,Philips也认为并不是在所有频率范围的率动都对雷诺应力的产生有贡献[56]。如果以雷诺应力为例,则的大小取决于满足沿平均流速方向的速度分量恰好与当地平均速度一致条件的脉动。图2颗粒扩散系数的变化[55]Variationofsedimentdiffusio

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