河流动力学2015 第4章泥沙起动6-8.ppt

斜坡上散体泥沙的起动流速公式： 其中 随 而变，其关系如图4-13所示。 二、斜坡上泥沙的起动拖曳力 第四节 斜坡上泥沙的起动流速 令 斜坡上泥沙的起动拖曳力， 为平床起动拖曳力，布鲁克求得: 三、河床周界的剪切力分布 第四节 斜坡上泥沙的起动流速 对矩形断面而言，光滑边壁及槽底的最大剪切力分别出现在水面及断面中心线附近， 而粗糙边壁及槽底的最大剪切力则分别向下及向岸线一侧移动。 矩形断面上的剪切力分布 对梯形断面而言，粗糙边壁及槽底的最大剪切力则分别出现在水面以下及近岸处，而且边坡愈缓，愈向岸边渠角处移动。 三、河床周界的剪切力分布 第四节 斜坡上泥沙的起动流速 伊本及德林克实测的梯形断面弯道水槽的平图面边界剪切力分布。由图可见，最大剪切力出现在弯道进口段凸岸一侧及弯道顶点以下的凹岸一侧，这与弯道主流线的变化趋势是一致的。 三、河床周界的剪切力分布 第四节 斜坡上泥沙的起动流速 河床周界的冲刷 一、止动流速 第五节 止动和扬动流速 泥沙由运动转入静止的临界流速，称为止动流速。 泥沙由静止直接转入悬移状态的流速，称为扬动流速。 一般认为，止动流速较起动流速为小。 两个原因： 另一种意见认为静止泥沙起动时，抗拒泥沙起动的力，既有重力，还有粘结力；而运动泥沙转为静止时，抗拒泥沙继续运动的力限于重力。 一种意见认为是运动中的泥沙存在惯性的缘故 　颗粒由静止起动时，流速必须大于起动条件。 泥沙的起动与止动 – 起动后不易止动、止动后不易起动 颗粒起动 颗粒保持 运动 颗粒沉降 　颗粒起动后，流速降到小于起动流速时，动者保持运动、静者保持静止。 　流速降到止动条件以下时，颗粒向床面沉降，停止运动、静止下来。 ??? 静止颗粒 二、扬动流速 第五节 止动和扬动流速 由静止直接转入悬移状态的流速，称为扬动流速。 滚动 滑动 跳跃 两种极端状况： 推移—悬移 全部悬移 谢鉴衡建议扬动流速的计算： 悬浮指标： 推移到悬移的临界状况； 少量颗粒达到水面； 泥沙极少回落床面； 扬动流速计算公式： 二 水槽水深20cm，坡降0.01。均匀床沙粒径0.6mm，水温20度，试分别用Shields曲线和沙莫夫起动流速公式判断泥沙是否起动。 作业题: 一 什么是泥沙的起动条件？通常有哪两种物理量描述起动条件？如何理解泥沙起动的随机性？定性说明从粘性到卵石不同粒径泥沙颗粒起动时受力情况和相应起动条件的变化规律。（武汉大学考研考博试题） * 无泥沙运动，全部床沙处于静止状态 轻微泥沙运动,有屈指可数的泥沙推移运动 中等强度泥沙运动，泥沙运动达到无法计数的程度 普遍性的泥沙运动，引起床面外形的改变 * 中等强度泥沙运动，泥沙运动达到无法计数的程度 普遍性的泥沙运动，引起床面外形的改变。那么哪种泥沙的运动作为泥沙的起动的判别标准呢？一般我们把泥沙的弱动作为泥沙的起动判别标准，就是指当床面上有屈指可数的泥沙运动时称为泥沙的起动临界条件。这样就带来一个问题，就是泥沙起动判别标准的确定。不同的人观察的试验结果可能不一致。 泥沙起动的随机性，起动条件的多样性，判别标准的不确定性都反映了问题的不成熟；对于不成熟的复杂问题，一般都要进行简化来处理问题。所以第三点我们就在简化的条件下来揭示泥沙起动的内在机理。 * * * 这里我们就进行简化，假定河床水平，泥沙颗粒为均匀沙，即泥沙颗粒大小一致，颗粒之间隐蔽干扰较小。 先不考虑比较复杂的影响因素，如床沙的粘性等。 首先对泥沙颗粒做受力分析：（1）泥沙首先会受到自身有效重力的影响。（2）水流作用力：那么水流作用力该如何确定呢？ * 泥沙颗粒在水流中受力问题，属于流体中的绕流问题。以最简单的均匀来流情况下的球体绕流为例， 大量的流体力学试验显示，球体边界上存在相对运动造成的粘性切应力；除此之外，流体流过物体时，会产生明显的分离现象，在球体的背流面产生尾迹紊流区（好像水流过一个台阶时候产生的回流区），前后部会产生明显的压强差。这个分离作用造成的压力，称为形状阻力，是流体对球作用力的主要来源，甚至远大于摩擦力。这样，球体前后面压力差就造成了水平方向的合力。 * 再考虑复杂一点的情况，来流不均匀。这样情况下，首先我们可以判断出，上下部的切应力不一样大，从而产生力矩不平衡；其次，还应该注意到，分流现象也是与流速紧密相关的，流速大的位置，将使分离点靠前，流速小的位置，将使分离点靠后，由此，将使分离区偏右上，不仅造成了向右的压力差，也形成了上下的压力差，竖直方向形成了合力。如果竖直合力足够大，大家说会出现什么情况呢？球体可能跳起来。流速不均匀 颗粒大小不一 形状不规