免费在线 均匀散粒体及粘性泥沙的起动拖曳力公式 * * ⒈ 起动拖曳力 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态时的床面剪切力。 其值等于泥沙起动时，单位面积床面上水柱重量在水流方向的分力，即 （3-38） *** *** χ为考虑水流粘滞性影响的校正系数，为河床相对粗糙度Ks /δ的函数 ⒉ 爱因斯坦对数流速分布公式 Ks为河床的粗糙度，均匀沙 Ks =d，非均匀沙Ks =d65； δ近壁层流层厚度 ν为水的运动粘滞系数 （3-39） *** 3、校正系数与河床相对粗糙度的关系 当Ks /δ≥10，床面粗糙区（绕流紊流区）， χ=1 ； 当Ks /δ≤0.25 ，床面光滑区， 当 0.25＜Ks /δ＜10 床面过渡区， P47图3-4 ⒋ 希尔兹（A.Shields）起动拖曳力公式 ①、Shield数（临界相对拖曳力）的建立 （3-6） （3-39） 称为Shield数，又称临界相对拖曳力 （3-41） ②、Shields起动拖曳力公式 a、反映床面颗粒周围绕流情况的沙粒雷诺数 b、粗颗粒泥沙，χ=1，绕流阻力系数为定值，θc 为定值 d、Shield数是沙粒雷诺数的函数 c、细颗粒泥沙，校正系数和绕流阻力系数是沙粒雷诺数的函数 （3-42） （3-41） 校正系数与河床相对粗糙度的关系 当Ks /δ≥10，床面粗糙区（绕流紊流区）， χ=1 ； 当Ks /δ≤0.25 ，床面光滑区， 当 0.25＜Ks /δ＜10 床面过渡区， P47图3-4 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 Cd=0.45。 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之后Cd值的急剧下降是由于球体绕流分离点后移引起的。 试验结果分析： 5、Shields曲线） 此式即为Shields起动拖曳力公式。该式只是确定了临界起动拖曳力的主要影响因子，但并没有给出这些变量之间具体的函数表达式。 5、 原shields曲线）曲线为马鞍形，实验点据比较散乱。 （2） 沙粒雷诺数在10附近，亦即近壁层流层厚度与床沙粒径接近时， shields数最小，此时shields数等于0.03，泥沙最容易起动。 5、 原shields曲线 时，即Dδ时，近壁层流层隐蔽作用减小，随着粒径的加大，泥沙重力作用增强，起动拖曳力相应加大。在 Re*1000 以后，Shields曲线近似水平，Shields数接近常数，其上限值为0.06，下限值为0.04。 （4） 当Re*10，床沙粒径小于近壁层流层厚度，曲线上升，起动拖曳力增大，在Re*1，泥沙粒径远小于近壁层流层厚度，需要更大的拖曳力才能使其运动。此时临界相对拖曳力与沙粒雷诺数的0.3次方成反比。 （3-43） （5） 希尔兹曲线的实线部分包含在弯曲带中，但偏离弯曲带的中线。虚线的直线，该直线的方程为 此时起动拖曳力与泥沙粒径无关。 （6） 大沙粒雷诺数的临界相对拖曳力随沙粒雷诺数的增大而增大，反映了泥沙粒径增大，重力作用增强，要求较大的起动拖曳力。 小沙粒雷诺数的临界相对拖曳力随沙粒雷诺数的减小而增大，是由于粘性底层（近壁层流层）的隐蔽作用增强，需要更大的拖曳力泥沙才能起动。 6、与泥沙起动有关的几个问题 (1) 非均匀沙的起动 细颗粒泥沙受到粗颗粒泥沙的隐蔽作用，其起动流速较均匀沙相应粒径要大得多； 突出在床面上的较粗颗粒，其受到的推移力较均匀沙相应粒径要大，因此起动流速较相应粒径的均匀沙要小。 6、与泥沙起动有关的几个问题 （2）起动流速与起动拖曳力两种起动条件比较 （3）砾石和卵石的起动 除受粒径大小和水流条件的影响外，其几何形状和相互间的排列状态对起动影响很大。 扁平状的卵石较球形的难以起动，鱼鳞状排列的卵砾石较分散的卵砾石难以起动。 7、止动流速 泥沙由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速称为止动流速。 止动流速与起动流速的关系 8、 扬动流速 指床面泥沙由静止状态直接转入悬移状态的临界垂线 泥沙运动的形式（见P69） 在床面附近，较粗颗粒的泥沙沿床面滑动、滚动、跳跃，甚至层移前进，经常与床沙彼此交换，前进速度远较水流速度小，泥沙这种运动形式称为推移运动，这一类泥沙称为推移质泥沙，简称推移质。由于其运动范围限于床面附近（河床底部），故又称为“底沙”。 以滑动、滚动形式运动的、经常与床面保持接触的泥沙称为接触质。接触质在推移质中为数不多。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙，称为跃移质。跃移质是推移质运动的主要形式。 在流速较低时，对于同一种河床组成物质来说，其接触质和跃移质的运动范围，仅限于河床表层以上大约1-3倍泥沙粒径的区域内，这一区域称为床面层。 ①、接触质 ②、跃移质 ③、床面层 * *

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