泥沙沉速公式

1、研究泥沙沉速时很多方法都是从球体出发，但天然泥沙并非球体， 它在下沉时受到的阻力比球体大，其阻力系数通常根据实验确定，关于泥沙的沉速，中外学者提出不少计算公式。岗恰洛夫公式(1)层流区(D 伽)：1.068一gD2/3D(3)过渡区( D 2 mm ):1.14gD(3)过渡区( D 2 mm ):引进两个无因次判数，一个名为沉速判数 诺数3 D/v及阻力系数 CD的函数。Sa,是沙粒雷Q41/3Dag1/3S1 /31 /33Cd另一个名为粒径判数，是沙粒雷诺数与沉速判数的函数1/31/3D2/3适用条件：当粒径为到时张瑞瑾公式泥沙下沉时的有效重力W Ki( S )D3K1为泥沙体积系数泥沙

2、下沉时颗粒所受阻力F K2 DK3 D2 2K2和K3都是无因次系数21 K2 K1_S2 K3 D K3gD由W=F得到1 K_2 K3 DC1DC2gDC1云并通过大量的泥沙实测资料得出C1= , C2=13-95D1.09gD呱此公式可满足层流区、紊流区和过渡区的要求。(1 )层流区:25 .6gD2(2 )紊流区:1.044gD窦国仁公式既然在过渡区，绕流阻力有表面阻力和形状阻力两部分组成，所以过渡区总阻力F总=F表+F形绕流属层流状态时，因为泥沙颗粒背后不发生分离现象，在泥沙的表面全部处于滞性状态，泥沙所受的阻力是 F表。当进入过渡状态时，泥沙表面一部分面积仍然受到表面阻力F表,而剩

3、下的那一部分的面积由于水流的分离现象，产生了形状阻力。根据实验观察，这个分离区域的大小，可以用分离角B来表示。所以F表、F形B有关。雷诺数ReD表示惯性力与粘滞阻力的对比关系，而过渡区绕流阻力的变化过程正是粘滞 阻力和惯性阻力的互相消长过程，因此这个分离角B应该与雷诺数有关B= f(ReD )0随着ReD的增大而增大，但增长率随ReD的增大而减小。用微分方程表示即dReDReD（A比例系数一一常数）积分后（C积分常数）360 =lg4 ReD当ReD时，泥沙周围没有分离现象，这时0=0,绕流呈层流状态。当 ReD 350时，泥沙周围布满着涡体，此时0 =n，绕流呈紊流状态。把这两个边界条件代入

4、得到：C=; A=2.3 0.434ln-ReD lg（4ReD）0.25（ 0以弧度计）但规定ReD 350，取0 = n 。建立F表、F形0之间的关系F表表面阻力K3D(1316ReD)K颗粒形状的修正系数。球体K=1;泥沙 K=4/3。0关于泥沙表面受粘滞阻力作用的修正系数, 的比值。实际上是分离区外的球冠面积与整个球面积球冠面积2 e D D2 fcosD2cos过渡区阻力系数:CD 更(1 ReD)(1 cos ) 1.2sin2ReD16 e 2泥沙在水中的有效重力:令W=F总，解出:413R2（1 釈D）1（1 cos） 1.2sin2适用条件：ReD =350;0 =0n当T=

5、15C，相应泥沙直径 D=mm当 ReD 350,取 0 = n泥沙的起动流速公式当用水流泥沙颗粒由静止状态转为运动状态时的临界水流条件，称起动的条件。起动流速：垂线平均流速来表示起动条件时，该流速称为临界起动流速。(1)无粘性均匀沙的起动流速公式考虑的条件：泥沙粒径是均匀的；颗粒之间没有粘结力促使颗粒运动的力是水流推移力FD和上举力FL,抗拒其运动的力是泥沙的有效重力FdC D a1 D2u02g2FlC La2 D 2U 02g量纲为kgm/t2 , a1= n/4 ;a2=n /4CD CL推移力及上举力系数。al，a2垂直于水流方向及铅直方向的沙粒面积系数。）Da3沙粒的体积系数，a3

6、= n /6 ，丫 S:沙粒的容重。如沙粒采取滚动形式起动，则起动临界条件的动力平衡方程为3K1D FD + K2D FL = K3DW式中 K1D K2D K3D为 FD FL、W的相应力臂,得到:1 DC2 DC LK 3 Da 3 ( siCU 2 ga3)gD2 K 3 a 3K iC Dai K 2 C l a 2gDUOC表示起底流速（或临界底流速）用垂线平均流速来表达代替底流速，采用指数流速分布公式有U垂线上某点（y点）的速度（时均值）y 该点离开床面的距离U- y=h处即水流表面流速h 水深m 指数m1 hyUhU 0 U h _ dy则垂线平均流速hh1 m则Uh= （ 1+

7、m） u，代入前式有mU (1 m)U 1h如取y=aD处的流速作为作用在沙粒上流速的平均值，有mUo (1血U DgDn为综合系数综合系数n只有通过起动流速的试验资料反求。沙莫夫公式根据试验求得n =， m=1/6。1/6gD1.144对于天然泥沙平均重率为m3,上式可以简化为U 04.6 D 1 /3h 1/6当床面大量起动时I Ic 1/1/6UC 6D h适用范围D 伽岗恰洛夫公式 取对数形式流速分布得到Uc适用D=伽(2)粘性泥沙的起动流速公式窦国仁公式Uc 0.74 Ig 11Ksgd 0.19gh1/2k公式单位为 g、cm、s制。0.21310 4cms为薄膜水参数，可取k为粘

8、结力参数k2.56 cm 3/ s2Ks为河床粗糙度,d 0.5mm , K s0.5mmO.OScm d 0.5mm, K s d张瑞瑾公式0.1417 .6 sd 6.0510 710 h其中C1=,C2=, s=, m=,参考粒径d=1mm将以上参数代入式（3-11 ）,并将公式中各变量均采用国际单位（kg、ms 制）,Uc,0.14hs710 h17.6 d 6.05 100 72d0.唐存本公式m1 hsUc3.2 s gd1 m ds01 / 210 1/2Cd数m对于天然河道为1/6，,0.06d对于平整床面（如实验室水槽或d的天然河道）为m47 h1/2s:考虑空隙在内的床面泥沙的实际干密度;s0 :床面泥沙达到密实后的稳定干容重，其值为m3c：粘结力系数，C 2.84210 4 N / m沙玉清公式Uco.267