第次课泥沙的沉速-资料

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泥沙沉降速度分析

泥沙沉降速度分析港航103 奚惠燕 201010413085 摘要: 在大量参考文献基础上, 对泥沙沉降速度及其影响因素进行了综述, 讨论了自由沉降和群体沉降速度的计算公式, 并将它们统一起来。

分析表明, 计算沉速的公式虽然不少, 但不是精度不够, 就是结构繁琐。

从实用观点来看, 张瑞瑾公式可以同时满足各流区的要求, 是表达泥沙沉速的可用公式。

为使沉降速度公式更加完善, 有关泥沙沉降速度的试验研究仍有待于进一步加强。

关键词: 泥沙；沉降速度；影响因素；计算公式1 单颗粒泥沙沉速泥沙颗粒在静水中下沉时, 它的运动状态与沙粒雷诺数Re=Wod/v 有关, 此处M为清水的运动粘度, d 及Wo 分别为单颗粒泥沙的粒径与沉速。

当沙粒雷诺数Re < 0.5时, 泥沙颗粒基本上沿铅垂线下沉, 附近的水几乎不发生紊乱现象, 这时的运动属于层流状态, 浑液面沉速符合均匀沉降的特点。

当沙粒雷诺数Re> 1000时, 泥沙颗粒脱离铅垂线以极大的紊动状态下沉, 附近的水产生强烈的绕动和涡动, 这时的运动属于紊流状态, 浑液面沉速符合压缩沉降的特点。

当沙粒雷诺数0.5< Re <1000 时,泥沙颗粒的下沉处于过渡状态, 浑液面沉速符合过渡沉降变化的特点。

表达单颗粒泥沙沉降速度的公式是张瑞瑾从过渡区的动力平衡方程式出发而导出的 :式中γs为泥沙容重, C为清水容重, c1 及c2 是按实测资料确定的无因次系数。

参照各家资料, 用C1 = 131 95, C2 = 1109 代入( 1)式可得经实测资料的验证表明, 式( 2) 可以同时满足层流区、紊流区及过渡区的要求。

也就是说, 式( 2) 是表达泥沙沉降速度的通用公式。

这是因为: 由层流状态到紊流状态的过渡不是突然完成, 而是逐渐完成的。

由式( 2) 可以看出: 如温度不变, 当粒径增大时, 属于滞性阻力作用的影响会逐渐减小, 并当粒径d 趋于临界值后, 滞性因素的作用可以忽略不计, 这时只有紊动阻力的因素起着决定作用。

泥沙动水沉降速度

泥沙动水沉降速度1. 引言泥沙动水沉降速度是指在水流中泥沙颗粒由于重力作用下沉降的速度。

泥沙动水沉降速度的研究对于河流、湖泊、海洋等水体的水质管理和水资源开发具有重要意义。

本文将从泥沙的特性、沉降速度的计算方法、影响因素以及应用领域等方面进行详细介绍。

2. 泥沙的特性泥沙是指由颗粒状固体物质组成的悬浮物质，在自然界中广泛存在于河流、湖泊、海洋等水体中。

泥沙颗粒的大小可以从粉尘级别到沙砾级别不等，其主要成分包括矿物质、有机质和水分。

泥沙颗粒的形状和密度是影响其沉降速度的重要因素。

通常情况下，颗粒越大、形状越规则，其沉降速度越快。

此外，泥沙颗粒的密度也会影响其沉降速度，密度越大的颗粒沉降速度越快。

3. 沉降速度的计算方法泥沙动水沉降速度的计算方法有多种，常用的方法包括斯托克斯公式和牛顿公式。

3.1 斯托克斯公式斯托克斯公式是根据颗粒在流体中的受力平衡原理推导出来的。

公式如下：V=2g(d p−d f)9η其中，V表示沉降速度，g表示重力加速度，d p表示颗粒的密度，d f表示流体的密度，η表示流体的粘度。

3.2 牛顿公式牛顿公式是根据颗粒在流体中的运动规律推导出来的。

公式如下：V=F m其中，V表示沉降速度，F表示颗粒所受到的重力，m表示颗粒的质量。

4. 影响因素泥沙动水沉降速度受到多种因素的影响，主要包括颗粒大小、形状、密度以及流体的粘度等。

4.1 颗粒大小和形状颗粒大小和形状是影响泥沙动水沉降速度的重要因素。

通常情况下，颗粒越大、形状越规则，其沉降速度越快。

4.2 颗粒密度颗粒密度是指单位体积颗粒的质量，也是影响沉降速度的重要因素。

密度越大的颗粒沉降速度越快。

4.3 流体粘度流体的粘度是指流体内部分子间相互作用力的大小，也是影响泥沙动水沉降速度的重要因素。

粘度越大的流体，泥沙颗粒的沉降速度越慢。

5. 应用领域泥沙动水沉降速度的研究在许多领域中具有重要应用价值。

5.1 水质管理了解泥沙动水沉降速度可以帮助我们评估水体中的悬浮物质沉降速度，从而更好地进行水质管理。

泥沙沉速实验报告

泥沙沉速实验报告引言沉积是河流、湖泊、海洋等自然水体中的重要过程之一。

沉积速度的测定对于研究水体的流动特性和沉降物的运移有着重要的意义。

本次实验旨在通过观察不同颗粒物在水体中的沉降速度，探究泥沙的沉降特性。

材料与方法材料本实验所用材料如下：- 透明的水槽- 不同粒径的泥沙样品- 显微镜- 计时器方法1. 将透明的水槽放置在水平台上，保持稳定。

2. 将待测的泥沙样品分别加入水槽中，使其悬浮于水体中。

3. 使用计时器记录每个样品开始沉降的时间，并持续观察其沉降过程。

4. 当泥沙样品完全沉降至底部，停止计时。

结果与讨论本次实验我们选取了不同颗粒粒径的泥沙样品进行测试，观察了它们的沉降速度。

以下是不同颗粒粒径泥沙样品的实验结果：泥沙粒径（mm）沉降时间（s）0.1 350.3 420.5 550.7 681.0 84根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 泥沙的沉降速度与颗粒粒径成反比。

粒径越小的泥沙沉降速度越快。

2. 泥沙的沉降速度受到水中颗粒浓度的影响。

当水中颗粒浓度增加时，泥沙的沉降速度会减慢。

3. 泥沙的沉降速度还与水的黏度有关。

黏度越大，泥沙的沉降速度越慢。

实验过程中，我们还观察到了泥沙样品的沉降过程。

随着时间的推移，泥沙样品逐渐从悬浮状态转为沉降状态，最终沉降到水槽的底部。

在观察过程中，我们使用了显微镜来观察微观颗粒的行为。

结论本次实验通过观察不同粒径泥沙样品的沉降过程，得出了泥沙粒径与沉降速度、水质浓度和水的黏度的关系。

这对于进一步研究河流、湖泊、海洋等自然水体中的沉积特性具有重要意义。

同时，我们也意识到在实际应用中，应根据具体情况选择合适的泥沙样品进行实验，以获得更准确的结果。

参考文献（请参考相关文献格式，将实验所涉及的文献列出）。

泥沙运动理论第一章

改写
F
3D
24
D
D2
4
2
2
CD
D2
4
2
2
CD
24
D
这样,Stokes导出了在层流
状态下的绕流阻力系数。
二、绕流阻力
当F=W，Stokes导出球体层流区公式， Stokes公式。
1 S g D2 18
长期以来，有些人认为泥沙形状不是球体，而是近似于椭球体，所以阻力系数应大些，建议乘以4/3，这样就得到
V 1 D3
D
( 6V
1
)3
6
一、泥沙的粒径
算术平均粒径： D 1 (a b c) 3
几何平均粒径： D 3 abc
一、泥沙的粒径
Φ-分级法表示泥沙的粒径
D 2 或 log 2 D
式中：D为粒径（㎜）； Φ为指数。
一、泥沙的粒径
Ф值与粒径D的关系
ф
-3
-2
-1
0
1
D(mm) 8.00 4.00 2.00 1.00 0.50
物理化学作用的强弱与颗粒比表面
积的大小有关，所谓比表面积就是颗粒
表面积与其体积之比，对于球体其比表
面积σ的表达式为：
D 2 D3
6 D
6
这样D=1μm与D=1mm的沙粒相比，
前者为后者的一千倍，最主要的是细颗粒
泥沙有絮凝现象产生。
§1—2 泥沙的重力特性
泥沙颗粒的重率泥沙的干容重泥沙的水下休止角
§1—1 泥沙的几何特性
泥沙的定义：是指在流体中运动或受水流、风力、波浪及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑。
泥沙的几何特性——泥沙颗粒的形状、大小以及群体泥沙的组合特性。

河流动力学2-泥沙特性

Chap1 泥沙特性本章知识要点‎：泥沙粒径表达‎形式泥沙的组成与‎粒配曲线比表面积的意‎义双电层与结合‎水泥沙干容重及‎其影响因素泥沙沉速与层‎流、紊流、过渡区絮凝现象● 泥沙来源：①流域地表冲蚀‎而来；②从原河床上冲‎起的。

● 土壤侵蚀最严‎重的黄河中游‎的黄土高原永‎定河和西辽河‎流域，相当于地表每‎年普遍冲掉0‎.6毫米的厚度‎，加上人类活动‎，如盲目开垦等‎，含沙量很高的‎正是黄河中游‎的一些干支流‎，年均含沙量高‎达300公斤‎/m 2以上，而南部一些省‎份，年均含沙量不‎足1公斤/m 2。

§1－1 泥沙的几何特‎性一、泥沙的粒径● 泥沙的不同形‎状与它们在水‎流中的运动状‎态有关，较粗的沿河底‎推移前进，碰撞机会多，动量较大易磨‎损；反之不易磨损‎而保持棱角峥‎嵘的外貌。

为比较不同泥‎沙颗粒的形状‎、大小的异同，必须有某些指‎标对它们进行‎对比。

泥沙的形状的‎表达方式● 球度系数：（因为泥沙接近‎于球体，所以以球体作‎参照物）与沙粒等体积‎的球体的表面‎积与泥沙的实‎际表面积之比‎（与球接近的程‎度）。

研究表明，球度系数相等‎的两颗泥沙，在水中的流体‎动力特性大致‎相同。

由于球度系数‎难以测定（V 可用排水、称重法确定，但表面积难以‎测定），常用泥沙的长‎、中、短三个轴a, b, c ，按下式近似表‎示：Φ=1942年克‎来拜因提出）● 形状系数：ab c S P = 1、等容粒径：泥沙颗粒的大‎小通常用泥沙‎颗粒直径来表‎示，泥沙颗粒形状‎不规则，难以确定泥沙‎的粒径，实际中采用等‎容粒径来表示‎。

即：与泥沙颗粒体‎积相等的球体‎直径。

（泥沙体积可用‎称重、排水等方法测‎出：W V g ρ=）——对比水力学中‎表面粗糙度的‎∆确定 136V d π⎛⎫= ⎪⎝⎭ 式中：V 为泥沙颗粒‎的体积。

2、算术平均粒径‎：用长、中、短轴（a 、b 、c ）的算数平均值‎来表征泥沙粒‎径1()3d a b c =++3、几何平均粒径‎：d =当泥沙形状为‎椭球体时，等容粒径与几‎何平均粒径相‎同（V=лabc/6=лd 3/6）4、中轴长度：接近而偏大于‎几何平均粒径‎（较粗天然沙测‎量的结果）5、筛径：仅对于单颗的‎卵石、砾石等可以通‎过称重，再除以泥沙的‎重率，得到体积而后‎求其等容粒径‎，或直接量测其‎三轴长度，再求其平均值‎。

泥沙的起动与沉降

湖泊中泥沙的沉积过程
在湖泊底部形成沉积物堆积，影响湖泊的形态和演变。
湖泊中泥沙沉积的影响
影响湖泊水质、生态系统和水资源利用等。
海岸带的泥沙运动
1 2
海岸带泥沙的来源
主要来自河流搬运、风力搬运和波浪侵蚀等。
海岸带泥沙的运动方式
在波浪、潮汐和风的共同作用下，沿岸输移和近岸沉积。
3
海岸带泥沙运动的影响
环境因素的影响
风的影响
潮汐与波浪作用
风的作用能够引起近岸水体的混合和悬浮，从而影响泥沙的起动和迁移。在强风条件下，风力作用可能导致泥沙的再悬浮和扩散。
潮汐和波浪作用能够引起水体的垂直混合和水平搬运，从而影响泥沙的起动和沉降。在潮汐和波浪较强的区域，泥沙的迁移和分布特征会受到显著影响。
05 泥沙起动与沉降的工程应用
泥沙颗粒性质的影响
颗粒大小
泥沙颗粒的大小直接影响其起动和沉降特性。较小的颗粒更容易受到水流的作用力而悬浮和迁移，而较大的颗粒则更容易沉降。
颗粒形状与表面特性
泥沙颗粒的形状和表面特性也会影响其起动和沉降。不规则形状的颗粒更容易在紊动水流中分散，而具有较大表面积的颗粒则更容易吸附其他物质，影响其沉降。
塑造海岸地貌、影响海洋生态环境和海洋资源开发等。
04 泥沙起动与沉降的影响因素
水流条件的影响
水流速度
水流速度是影响泥沙起动和沉降的重要因素。随着水流速度的增加，泥沙更容易被冲刷和搬运，导致更多的泥沙起动和迁移。
水流的紊动
水流中的紊动作用能够增加泥沙颗粒的悬浮和混合，从而影响泥沙的起动和沉降。在较强的紊动条件下，泥沙更容易被搬运和分散。
泥沙的起动与沉降
目录
• 泥沙起动的条件 • 泥沙的沉降速度 • 泥沙的输移与沉积 • 泥沙起动与沉降的影响因素 • 泥沙起动与沉降的工程应用

沉降速度

泥沙沉降速度的分析姓名：李翔学号：2009301580073摘要：在总结回顾国内外泥沙沉降速度测量方法的基础上，重点介绍两种方法，既Dietrich EW(1982)、张瑞谨所研究出来的关于泥沙沉降速度的公式。

关键词：泥沙；沉降速度；计算公式泥沙在静止的清水中等速下沉时的速度，称为泥沙的沉降速度，简称沉速。

由于粒径越粗，沉降速度越大，因此有些文献上又称为水力粗度。

它是泥沙的重要的水力特性之一，在研究泥沙运动的问题时，常常要用到。

因为泥沙的重度大于水的重度，在水中的泥沙颗粒将受到重力作用下沉。

在开始自然下沉的一瞬间，初始速度为零，抗拒下沉的阻力也为零，这时只有有效重力起作用，泥沙颗粒的下沉会具有加速度，随着下沉速度的增大，抗拒下沉的阻力也会增大，终于是下沉速度达到某一极限值。

此时，泥沙所受的有效重力和阻力恰恰相等，泥沙将以等速继续下沉。

实践证明，泥沙颗粒在静水中的下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re d=νωd有关。

式中d、w分别为泥沙的粒径及沉速，v 为水的运动粘性滞性系数。

1、Dietrich EW方法泥沙颗粒在下沉时受到的阻力为：泥沙颗粒的重力为：当泥沙颗粒在水中达到一定沉降速度时，重力与阻力相等，泥沙颗粒做匀速运动令，b1=2.891394,b2=0.95296,b3=0.056835,b4=0.002892,b5=0.0002452、张瑞谨关于泥沙的静水沉降问题的研究泥沙颗粒的重力：在静水中所受到的阻力为：令运用两种方法算不同粒径泥沙颗粒的沉降速度；其中g=9.81ms¯²,R=1.65, v=0.000001m²s¯¹,ρ=1000kgm¯³。

泥沙的沉速讲解

1/
3
s
1
/
3
1/
3
4 3
ReD CD
1/ 3
ReD
Sa
d
g1/
3
s
1/
3
1
/
3
g1/
3
s
2/3
1/ 3 d
上述公式中单位用国际单位：ω：m/s,g:m/s2,d:m
公式单位若为：ω： cm/s,g:cm/s2,d:mm
g1
/
3
s
1/ 3 d
10 2/ 3
F 3 d 3 d
(2-4)
圆球绕流阻力的一般表达式 (2-2)
F
Cd
d2
4
2
2
得
Cd
24
d
24 Red
(2-5)
8
5、层流区、紊流区和过渡区圆球沉速公式 ①、层流区圆球沉速公式（ Red<0.5）源自将CD24
d
代入球体在静水中沉速的一般表达式
(2-5)
4 s gd 3Cd
得
第2章泥沙的沉速 2.1 泥沙沉降的不同形式 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ω表示。
定义的理解，应注意的几点 ⒉ 泥沙在水中沉降时所受作用力 ⒊ 泥沙在水中沉降特点 ⒋ 研究泥沙沉降的意义
5. 泥沙在静水中下沉时的运动状态
沙粒雷诺数
Red
D
泥沙在层流区的岗恰洛夫沉速公式为
0.75 1 s gd 2 1 s gd 2 18 24
(2-21)
13
3、岗恰洛夫公式 ②紊流区沉速公式（d>1.5mm）

泥沙沉速公式讲解学习

泥沙沉速公式泥沙沉速公式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 < 0.15㎜ )：):(2)紊流区 ( D > 1.5㎜(3)过渡区 ( 0.15 < D < 1.5㎜ )：考虑层流区和紊流区沉速公式的结构形式，认为在过渡区来说，几个主要变量的次方，应该介于层流区与紊流区之间。

考虑量纲法则得到过渡区沉速公式β反映粒径和温度变化改变粘滞性影响的一个附加因素。

D0=0.15cm，计算时D 应与D0的单位一致。

沙玉清公式（1）层流区 ( D < 0.1㎜ )：（2）紊流区 ( D > 2㎜ )：（3）过渡区 ( 0.1 < D < 2㎜ ) ：引进两个无因次判数，一个名为沉速判数Sa ，是沙粒雷诺数ωD/ν及阻力系数CD 的函数。

另一个名为粒径判数Φ，是沙粒雷诺数与沉速判数的函数。

aS S D Dgνωνγγγφ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=3/23/13/1适用条件：当粒径为0.062到2.0mm 时张瑞瑾公式泥沙下沉时的有效重力31)(DK W S γγ-=K1为泥沙体积系数泥沙下沉时颗粒所受阻力2232ωρωρυD K D K F +=K2和K3都是无因次系数由W=F 得到gD K K D K K D K K S γγγυυω-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=31232322121D C gD C D C S υγγγυ1221--+⎪⎭⎫⎝⎛= 并通过大量的泥沙实测资料得出: C1= 13.95 , C2= 1.09则此公式可满足层流区、紊流区和过渡区的要求。

（1）层流区：（2）紊流区：窦国仁公式①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。

②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。

泥沙特性

（1）沙样越粗，孔隙率越小粗沙：39%—40% ；中沙：41%—48% ；细沙：44%—49% 絮凝结构，孔隙率可达90% （2）均匀沙的孔隙率最大（3）形状圆滑的，棱角不分明的沙样孔隙率较小（4）沉积时间越长，孔隙率越小
第二节细颗粒泥沙的物理化学特性
一、电化学性质
1、比表面积
颗粒比表面积间接反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。比表面积越大，颗粒表面的物理化学作用越突出。
• 均带同号负电荷→相斥 • 分子引力(范德华力)→相吸 • 一般情况：扩散层薄，粒间力=净引力扩散层厚，粒间力=净斥力
二、压密过程与物理性质的变化
絮团
絮团聚合体
网架结构
颗粒密集
聚合体破坏
网架破坏
u沙、砾石、卵石类粗颗粒泥沙一旦沉积到河底，不再压密 u细颗粒泥沙，特别是粘土颗粒在沉积时会连结成絮团，在自重或其他外力的作用下沉积固结
2、粒配曲线反应的特征
（1）可反映沙样颗粒的总体大小(粒径范围) （2）可反映沙样组成的均匀程度(级配状况) a、b曲线较陡，表示粒径变化范围窄，组成较均匀，但a 泥沙颗粒较粗，b泥沙颗粒较细 C曲线很缓，表示粒径变化范围大，各组粒径含量接近，组成不均匀，级配良好 d曲线很陡，表示粒径变化范围小，组成均匀
粘结水的引力可达到1万个大气压，密度可达1.2-2.4g/cm3，等同于固体，具有很大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不能传递静水压力。粘滞水的密度可达1.3-1.7 g/cm 3 ，具有较大的粘滞性和抗剪强度，不能传递静水压力。束缚水的厚度一般0.1mm，最厚可达2mm
4、絮团和絮凝现象分散细颗粒相互吸引，聚合成结构松散、类似棉花团的较大团粒或团块，称为絮团，絮团形成的过程即称絮凝。两粘土颗粒相互接近时，会形成公共的双电层。颗粒间受力：

河流动力学2015第3章泥沙的沉速4-5

性力）逐渐变大（粘滞力变小），并趋向于主导作用，阻力系数和沙粒雷诺数呈曲线关系。
FCD
4
D2
2
2g
W
s
1 6
D3
4 s gD
3CD
斯托克斯过渡区球体沉速公式
CD为沉速ω和粒径D的函数，因此计算沉速时一般需进行试算。
根据F=W的关系，由（3-1）与（3-4）式：
s gd
CD
4 3
W
s
1
6
D3
K1
s
D3
当F=W时，得泥沙的沉速：
1 K2 (1 K2 )2 K1 s gd 2 K3 d 2 K3 d K3
或
C1
d
(C1
d
)
2
C2
s
gd
其中C1和C2为无量纲的系数，通过试验实测可得。
经过试验可得，C1=13.95 C2=1.09。
过渡区泥沙颗粒沉速公式：
g2
1
3 3
s
2
3
D
0.0811g
83
3.7D D0
10.037T
6.77 s D s ( T 1)
1.92 26
岗恰洛夫早期过渡区公式
式中：T为水温，以℃计。层流区与过渡区之间的空白部分（ 0.1mm<D<0.15mm ）按线性内插求得。
水利部于1994年发布的《河流泥沙颗粒分析规程》中规定采用的计算公式： 1）当粒径小于等于0.062mm时，采用斯托克斯公式：
（3）在很大时，沙粒不能保持固定方位；
较小
中等
较大
（1）在 Red<0.1 时，沙粒均以初始方位下沉；
（2）在处于中等时，沙粒下沉过程中不断调整方向，直到最大断面面积与沉降方向垂直；

沉速（fallvelocity）泥沙在水中均匀下沉的速度，又称水力粗度

沉速（fall velocity ）：泥沙在水中均匀下沉的速度，又称水力粗度。

球体在静水中受重力Ｗ作用而下沉。

()γγπ-=s d W 63（1）式中，d 为球体直径；s γ为球体单位体积重；γ为水的单位体积重。

泥沙在下沉过程中又受到阻力Ｆ的作用。

2422ρϖπd C F d = （2）式中，ϖ为球体沉速；ρ为水的密度；d C 为阻力系数。

下沉开始，重力大于阻力，球体呈加速运动，经过一定距离后，阻力与重力相等，球体以均匀速度下沉，此时的下沉速度即为球体的沉速，据此可以导出球体沉速公式 gd C s d γγγϖ-=34 （3）式中，g 为重力加速度；d C 为阻力系数，是颗粒雷诺数d Re 的函数，v d d ϖ=Re ；v 为水流运动粘滞系数，见图。

球体沉降阻力系数与雷诺数的关系（1）雷诺数较小时（d Re ＜0.4）流动为层流，1851年G ．G ．斯托克斯从理论上求得d F πμϖ3= （4）式中，μ为水的动力粘滞性系数，由此可得层流情况下阻力系数与雷诺数成反比，将d d C Re 24=，代入式（3）后得层流区球体沉速计算公式vgd s 2181γγγϖ-= （5）（2）雷诺数较大时（d Re ＞1000）流动为紊流，阻力系数与雷诺数无关，由试验得d C ＝0.43，代入式（3）后得紊流区球体沉速计算公式gd s γγγϖ-=72.1 （6）（3）雷诺数d Re ＝0.4～1000范围内为过渡区，Ｃ．Ｗ奥森曾在Ｇ．Ｇ斯托克斯解的基础上作了一些改进，推出了阻力系数d C 的理论解，以后不断有人作进一步研究。

但迄今为止，所得结果只限于d Re ＜2范围内才与实际资料符合，超出这个范围只能借助于经验或半经验公式。

泥沙颗粒形状很不规则，其沉速与球体沉速应有所不同，计算公式需作一定的修正。

实际工作中，在层流区范围内，泥沙颗粒较细，常使用沉速粒径，它是由球体沉速计算公式反推得到的，已包含形状因素影响在内，故可直接使用球体的沉速计算公式。

泥沙课后习题讲诉

1.泥沙主要有哪些特性？(1）矿物的物理特性①比重——矿物容重与水容重之比:泥沙的比重一般都在2.60～2.70之间，通常取用2.65。

②硬度——硬度是表示矿物抵抗外界机械作用的能力。

(2)几何特性泥沙的几何特征指泥沙的形状和粒径。

①泥沙的粒径：泥沙颗粒的大小，以颗粒直径来表示，简称粒径，其符号为D(或d)，单位mm。

1）等容粒径：等容粒径是指体积与泥沙颗粒相等的球体直径。

D=abc/3,或者D=3√abc。

2）筛分粒径（筛径）：沙粒的中轴长度是比较接近等容粒径的，因此筛析法所测的粒径可近似地看成等容粒径。

3）沉降粒径（沉径）②圆度——指颗粒棱和角的尖锐程度。

定义：颗粒最尖锐棱角的曲率半径除以颗粒最大内切圆的半径。

③球度—反映沙粒形状的特征系数，沃德尔(wadell)定义：与颗粒体积的球体直径（等容粒径）和颗粒外接球直径之比。

用Ψ表示。

④比表面积，定义——泥沙颗粒的表面积与其体积之比。

⑤泥沙的群体特性（级配曲线）。

粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线。

⑥孔隙率与孔隙比。

孔隙率n：沙样中孔隙的体积与沙样总体积之比：n=V孔隙/V总。

孔隙比e：沙样中孔隙的体积与沙样颗粒体积之比：e=V孔隙/(V总-V孔隙)（3）泥沙的重力特性①密度：密度——颗粒单位体积内所含的质量。

②容重（重度）：容重（重度）——泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值。

③比重：比重——固体泥沙颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。

无量纲，一般泥沙比重：=2.65。

④有效容重系数（有效密度系数）泥沙在水中运动状态，既与泥沙容重有关，又与水的容重有关，在分析计算时，常出现相对数值，为简便起见，令：γγγ-=saρρρ-=sa常取a=1.65。

⑤干容重单位体积沙样经过100~105℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重。

符号：sγ'单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑥浑水容重：单位体积浑水的重量，单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑦含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占比例，⑧水下休止角（φ）在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的稳定的倾斜面，此面与水平面的交角称为泥沙的水下休止角。

河流动力学(第二章)

Cd≈0.45
当 Red = 2×105 附近，Cd 骤然降低，这种现象在高度紊乱状态时发生。（图）
3、过渡区（介流区）：当 0.5< Red < 103（沙玉清建议0.2 < Red < 103 ），阻力由粘滞力和形状阻力（惯性力）共同产生，阻力系数一般根据试验资料得到经验公式来计算。泥沙沉速的经验公式主要是针对过渡区的泥沙沉速计算。（图）
球体颗粒在水中自由沉速公式简介
4、窦国仁公式
球体颗粒在水中自由沉速公式简介
5、冈恰洛夫公式
冈恰洛夫依据自己和他人的试验资料，将相应的d 和ω 点绘在双对数纸上，通过相应于D<0.15mm （滞流区）， 0.15mm<D<1.5mm（过渡区）和 D>1.5mm（紊流区）三个区的实验点据定出了三条直线关系，作为颗粒处于不同沉降运动状态下的沉速公式。
Cd
24 Re
d
(1
3 16
Re d )
球体颗粒在水中自由沉速公式简介
2、牛顿沉速公式 1726年牛顿（I.Newton）提出扰流阻力公式：
F C d A

2
2g
C d A

2
2
其中，A为与泥沙运动方向垂直面上的泥沙颗粒的投影面积，当 Red > 103 后，Cd=0.45，当阻力与泥沙颗粒的水中重力相等时，可以解得：
滞流区
过渡区
紊流区
球体颗粒在水中自由沉速公式简介
6、沙玉清公式
沙玉清为了避免在计算过渡区沉速是的试算麻烦，引进了两个新的判数（沉速判数和粒径判数）
规范推荐计算公式
• d<0.062mm，采用冈恰洛夫公式滞流区公式（2-21） • 0.062mm<d<2.0mm，采用沙玉清过渡区公式（2-25）

《泥沙的沉速》课件

利用率和经济效益。
05 泥沙的沉速研究展望
研究方向
1 2
泥沙沉速与环境因素的关系
研究泥沙沉速与水流速度、水深、水质等因素的关系，揭示泥沙运动规律。
泥沙沉速与河床演变
探讨泥沙沉速与河床演变的关系，预测河床形态变化趋势。
3
泥沙沉速与人类活动影响
分析人类活动对泥沙沉速的影响，提出相应的治理措施。
03
探讨影响泥沙颗粒沉速的主要因素，如颗粒形状、大小、密度、
水的温度和流速等。
04
04 泥沙的沉速应用
水库淤积预测
泥沙淤积对水库寿命的影响
水库淤积速度过快会导致水库寿命缩短，影响水库的正常运行。通过泥沙的沉速研究，可以预测水库淤积情况，为水库的维护和管理提供科学依据。
沉速与水库淤积量的关系
水库淤积量与泥沙的沉速密切相关。通过研究泥沙的沉速，可以推算水库淤积量，进而制定合理的清淤计划，保持水库的库容和功能。
牛顿公式是描述泥沙颗粒在流动水体中受到的阻力与流速、颗粒粒径、水的粘滞系数之间的关系的公式。它基于牛顿第二定律和斯托克斯阻力理论推导得出。公式表达为：F=Cdv/2，其中F为阻力，C为阻力系数，d为颗粒粒径，v为水的粘滞系数。
修正公式
总结词
对斯托克斯公式和牛顿公式进行修正，以考虑实际水体中的复杂因素对泥沙沉速和阻力的影响。
环境保护
揭示人类活动对河床演变的影响，保护生态环境。
泥沙资源利用
泥沙资源化利用
随着城市化进程的加速，建筑、道路等工程需要大量的砂石材料。通过研究泥沙的沉速，可以从河床中提取符合工程要求的砂石材料，实现泥沙资源化利用。
沉速与泥沙资源利用的关系
泥沙的沉速与砂石材料的粒径、级配等密切相关。通过对泥沙沉速的研究，可以优化砂石材料的提取和加工工艺，提高泥沙资源的

泥沙课后习题讲解

1.泥沙主要有哪些特性？(1）矿物的物理特性①比重——矿物容重与水容重之比:泥沙的比重一般都在2.60～2.70之间，通常取用2.65。

②硬度——硬度是表示矿物抵抗外界机械作用的能力。

(2)几何特性泥沙的几何特征指泥沙的形状和粒径。

①泥沙的粒径：泥沙颗粒的大小，以颗粒直径来表示，简称粒径，其符号为D(或d)，单位mm。

1）等容粒径：等容粒径是指体积与泥沙颗粒相等的球体直径。

D=abc/3,或者D=3√abc。

2）筛分粒径（筛径）：沙粒的中轴长度是比较接近等容粒径的，因此筛析法所测的粒径可近似地看成等容粒径。

3）沉降粒径（沉径）②圆度——指颗粒棱和角的尖锐程度。

定义：颗粒最尖锐棱角的曲率半径除以颗粒最大内切圆的半径。

③球度—反映沙粒形状的特征系数，沃德尔(wadell)定义：与颗粒体积的球体直径（等容粒径）和颗粒外接球直径之比。

用Ψ表示。

④比表面积，定义——泥沙颗粒的表面积与其体积之比。

⑤泥沙的群体特性（级配曲线）。

粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线。

⑥孔隙率与孔隙比。

孔隙率n：沙样中孔隙的体积与沙样总体积之比：n=V孔隙/V总。

孔隙比e：沙样中孔隙的体积与沙样颗粒体积之比：e=V孔隙/(V总-V孔隙)（3）泥沙的重力特性①密度：密度——颗粒单位体积内所含的质量。

②容重（重度）：容重（重度）——泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值。

③比重：比重——固体泥沙颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。

无量纲，一般泥沙比重：=2.65。

⑤干容重单位体积沙样经过100~105℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重。

第次课泥沙的沉速-资料

体流态）
Re D
R e D 0.5
运动状态（绕流流态）
层流区（滞流区，滞性区）
R e D 0.5 ~ 1000
过渡区（介流区）
Re D 1000
紊流区（紊动区） 2
2.2 泥沙沉速公式
2.2.1 圆球在静水中的沉速 ⒈ 球体沉降阻力
F
W
有效重力
W
s
d3
6
（2-1）
绕流阻力
d2 2
FCd 4 2
Sa
g1/3sd1/31/3g1/3s2/31/3d
上述公式中单位用国际单位：ω：m/s,g:m/s2,d:m
公式单位若为：ω： cm/s,g:cm/s2,d:mm
g1/
3
s
1/
10 2/3
3
d
20
Sa g1/3s 1/31/3
ReD Sa
g1/3s 2/3
1/3d
S a f ，＝ fd lS g a 3 .72 9 l0 g 5 .72 7 3 .7 0 9
（2-2）
3
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
W
s
d3
6
绕流阻力
d2 2
FCd 4 2
（2-1）（2-2）
由圆球沉降时力的平衡方程W=F,得
4 s gd 3Cd
（2-3）
Cd
4s 3
gd
2
4
3. 球体沉降的阻力系数（求解沉速的关键参数！）
公式单位为：国际单位。公式单位若为：ω：cm/s,g:cm/s2,d:mm
g1/3

泥沙沉速公式

泥沙沉速公式泥沙沉速公式研究泥沙沉速时很多⽅法都就是从球体出发,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 < 0、15㎜(2)紊流区( D > 1、5㎜(3)过渡区( 0、15 < D < 1、5㎜):考虑层流区与紊流区沉速公式的结构形式,认为在过渡区来说,⼏个主要变量的次⽅,应该介于层流区与紊流区之间。

考虑量纲法则得到过渡区沉速公式β反映粒径与温度变化改变粘滞性影响的⼀个附加因素。

D0=0、15cm,计算时D应与D0的单位⼀致。

沙⽟清公式(1)层流区( D < 0、1㎜):(2)紊流区 ( D > 2㎜):(3)过渡区 ( 0、1 < D < 2㎜ ) :引进两个⽆因次判数,⼀个名为沉速判数Sa,就是沙粒雷诺数ωD/ν及阻⼒系数CD 的函数。

另⼀个名为粒径判数Φ,就是沙粒雷诺数与沉速判数的函数。

aS S D Dgνωνγγγφ=-=3/23/13/1适⽤条件:当粒径为0、062到2、0mm 时张瑞瑾公式泥沙下沉时的有效重⼒31)(DK W S γγ-=K1为泥沙体积系数泥沙下沉时颗粒所受阻⼒2232ωρωρυD K D K F +=K2与K3都就是⽆因次系数由W=F 得到gD K K D K K DK K S γγγυυω-+???? ??+-=31232322121D C gD C D C S υγγγυ1221--+??= 并通过⼤量的泥沙实测资料得出: C1= 13、95 , C2= 1、09则此公式可满⾜层流区、紊流区与过渡区的要求。

(1)层流区:(2)紊流区:窦国仁公式①既然在过渡区,绕流阻⼒有表⾯阻⼒与形状阻⼒两部分组成,所以过渡区总阻⼒F 总=F 表+F 形。