CH1河道水流泥沙特性
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CH1河道水流泥沙特性
一、明渠水流流速分布
CH1河道水流泥沙特性
一、明渠水流流速分布
κ卡门常数
爱因斯坦公式
8.5
上式为：三种壁面的统一对数流速公式，（式中，x为修正系数，其中糙壁x=1； 光壁和过渡壁面x是ks和δ的函数。CH）1河道水流泥沙特性
明渠水流的流速分布
二、对数区流速分布
κ卡门常数
爱因斯坦公式
umax u 11n h
u
ky
对数及反三角函数流速分布
U m a u x u k 1 1 n 1 1 2 a r c t a n 1 2 a 1 n 2 2 a a a a a 2 a r c t a n a 2 a
指数公式
wenku.baidu.com
u U
1m
y h
8.5
上式为：三种壁面的统一对数流速公式，（式中，x为修正系数，其中糙壁x=1； 光壁和过渡壁面x是ks和δ的函数。CH）1河道水流泥沙特性
天然河流的阻力分为定床阻力和动床阻力， 清水阻力和挟沙水C流H1河阻道水力流泥：沙特性
§1.3 河道水流基本特性
河流是河道和水流两部分相互作用下的水流运动。 河道由泥土、沙砾、卵石和顽石等组成，统称为泥 沙。
第一章：河道水流、泥沙基本特性 1.1 紊流的形成与猝发
CH1河道水流泥沙特性
紊动切应力
一、紊动切应力概念 由于涡漩混掺引起质点动量交换而产生脉动流
速及相应紊动切应力，也称附加切应力。
表达形式1：
式中，ux’uy’是指空间某点瞬时ux’和uy’在某时段的时均值。 ux= ux+ ux’； uy= uy+ uy’； 式中， ux为瞬时值，ux为时均值， ux’为X方向的脉动流速
• 集合流：河流退水时，产生的向河底集聚的两个微弱环流， 两岸冲刷，中间淤积。
• 河湾水流：是河道中常见的水流现象，一种三元流动。实 际是横向运动与纵向运动结合的螺旋流。
CH1河道水流泥沙特性
不同情况下的环流结果
CH1河道水流泥沙特性
河道水流的流速分布
卡曼-普兰特尔（Th.von.Darman-L.Prandtl）对数流速分布公式
• 河道水流的流型：河道水流的雷诺数一般都比较大，其流 型一般居于阻力平方区。
• 河道水流的主流与副流：主流（又称正流、元生流）是水 流沿着河槽总方向的流动 。
• 与主流相对应的有副流（又称次生流）。如环流次生流： 在比较顺直的河段中，当流量随时间变化剧烈时，常常产 生微弱的环流。
• 分散流：河流涨水时，两岸水位低于断面中间水位，产生 河底水流向两岸分散的两个环流，两岸淤积，中间冲刷。
离水面的距离；y1=h-0.2h=0.8h； y2=h-0.8h=0.2h；
u1=5.75U*lg(24h/Ks)
u2=5.75U*lg(6h/Ks)
Ks
lg h
0.778u1/u2-1.38
=
Ks
1-u1/u2
h,u1,u2
得Ks
多测几点流速，计算Ks和n值，以供 CH1河道水校流泥核沙，特性或取平均。
8.5
几个概念简析
摩阻流速U*：
τ U*= gRJ =
0ρ
摩阻流速U*反映了水流的紊动情况，广泛应用在泥沙研究 中。 U*与脉动强度的数值大小相当。
τ0是起动拖曳力，即泥沙处于起动状态的床面剪切力。 τ0=γhJ=ρU*2
CH1河道水流泥沙特性
常用计算的推导
Ks和糙率n的计算： 例：先测得河流水深h,再测水流垂线上两点流速，如：从 水面测得U0.2h=u1 ;U0.8h=u2，由流速分布公式：
将实测的lg(h/Ks)代入上式，令R=h
5.57(u1/u2+0.95)
多测几点流速，计算Ks和n值，以供 CH1河道水校流泥核沙，特性或取平均。
作业或习题
P16第一题；已知某河实测水深H=3.6米，三点法测得的流
速分别为U0.2=1.82m/s, U0.6=1.60m/s, U0.8=1.50m/s, 试 求河床的粗糙高度KS及曼宁糙率n。
通常采用实测的方法来确定Ks，即测出河槽的流速分布和 U*，再用槽壁流速公式反推粗糙高。
也有人用床沙情况来初估Ks，如对于均匀床沙，采用 Ks=0.7d，d为床沙粒径；如对于非均匀床沙，采用 Ks=d65，d65为床沙组成中出现概率是65%的粒径；不同实 验条件不同，仅供参考。
槽壁流速公式:
CH1河道水流泥沙特性
m
CH1河道水流泥沙特性
CH1河道水流泥沙特性
几个概念简析
粗糙高Ks：是天然壁面的当量粗糙高，它综合反映壁面粗 糙程度、形式和分布等因素对水流的影响。不仅只反映槽 壁的粗糙程度，同时还与粗糙的形式和分布状况有关。在 河道和明渠中，粗糙程度、形式和分布都是不均匀的，也 是随机的，Ks是反映这些因素的一个综合参数。
深按直线分布： τ=r(h-y)J= τ0 (1-y/h)
表达形式3： τ= ρl2(dux/dy)2
普兰特根据动量传递原理或掺混长度理论得到。
CH1河道水流泥沙特性
1.2、 明渠水流的流速分布
一、明渠水流流速分布
CH1河道水流泥沙特性
一、明渠水流流速分布
CH1河道水流泥沙特性
一、明渠水流流速分布
• 1、河道水流的两相性：水（连续介质）和沙（非 连续介质的颗粒群体）。
• （1）重力、（2）惯性力、（3）阻力
• 2、河道水流的三维性：河道断面不规则，顺直段 很短，宽深比小，尤其是弯曲河流。
• 3、河道水流的非恒定性：来水来沙随时间变化； 河床处于不断的变化中。
• 4、河道水流的非均匀性：
• 5、不平衡输沙； CH1河道水流泥沙特性
CH1河道水流泥沙特性
表达形式2：
紊动切应力
影响εm的几个量在量测和确定上都存在不少困
难，在实际计算中，通常由切应力和时均流速
ε 分布反推 m值。 CH1河道水流泥沙特性
紊动切应力表达式 在恒定二元均匀明流，水深为h，水力坡度为J，
作用于底壁的切应力为：τ0=rhJ；
根据理论与实测资料分析得到紊流切应力沿水
常用计算的推导
Ks和糙率n的计算：
例：先测得河流水深h,再测水流垂线上两点流速，如：测
得U0.2h=u1 ;U0.8h=u2，由流速分布公式：
U
c
=
U*
g
c=18lg(12.27R/Ks)
5.57u1/u2-5.27 c=
n
R1/6
u1/u2-1
n= 18lg 12.27R
Ks
(u1/u2-1)h1/6 n=
一、明渠水流流速分布
CH1河道水流泥沙特性
一、明渠水流流速分布
κ卡门常数
爱因斯坦公式
8.5
上式为：三种壁面的统一对数流速公式，（式中，x为修正系数，其中糙壁x=1； 光壁和过渡壁面x是ks和δ的函数。CH）1河道水流泥沙特性
明渠水流的流速分布
二、对数区流速分布
κ卡门常数
爱因斯坦公式
umax u 11n h
u
ky
对数及反三角函数流速分布
U m a u x u k 1 1 n 1 1 2 a r c t a n 1 2 a 1 n 2 2 a a a a a 2 a r c t a n a 2 a
指数公式
wenku.baidu.com
u U
1m
y h
8.5
上式为：三种壁面的统一对数流速公式，（式中，x为修正系数，其中糙壁x=1； 光壁和过渡壁面x是ks和δ的函数。CH）1河道水流泥沙特性
天然河流的阻力分为定床阻力和动床阻力， 清水阻力和挟沙水C流H1河阻道水力流泥：沙特性
§1.3 河道水流基本特性
河流是河道和水流两部分相互作用下的水流运动。 河道由泥土、沙砾、卵石和顽石等组成，统称为泥 沙。
第一章：河道水流、泥沙基本特性 1.1 紊流的形成与猝发
CH1河道水流泥沙特性
紊动切应力
一、紊动切应力概念 由于涡漩混掺引起质点动量交换而产生脉动流
速及相应紊动切应力，也称附加切应力。
表达形式1：
式中，ux’uy’是指空间某点瞬时ux’和uy’在某时段的时均值。 ux= ux+ ux’； uy= uy+ uy’； 式中， ux为瞬时值，ux为时均值， ux’为X方向的脉动流速
• 集合流：河流退水时，产生的向河底集聚的两个微弱环流， 两岸冲刷，中间淤积。
• 河湾水流：是河道中常见的水流现象，一种三元流动。实 际是横向运动与纵向运动结合的螺旋流。
CH1河道水流泥沙特性
不同情况下的环流结果
CH1河道水流泥沙特性
河道水流的流速分布
卡曼-普兰特尔（Th.von.Darman-L.Prandtl）对数流速分布公式
• 河道水流的流型：河道水流的雷诺数一般都比较大，其流 型一般居于阻力平方区。
• 河道水流的主流与副流：主流（又称正流、元生流）是水 流沿着河槽总方向的流动 。
• 与主流相对应的有副流（又称次生流）。如环流次生流： 在比较顺直的河段中，当流量随时间变化剧烈时，常常产 生微弱的环流。
• 分散流：河流涨水时，两岸水位低于断面中间水位，产生 河底水流向两岸分散的两个环流，两岸淤积，中间冲刷。
离水面的距离；y1=h-0.2h=0.8h； y2=h-0.8h=0.2h；
u1=5.75U*lg(24h/Ks)
u2=5.75U*lg(6h/Ks)
Ks
lg h
0.778u1/u2-1.38
=
Ks
1-u1/u2
h,u1,u2
得Ks
多测几点流速，计算Ks和n值，以供 CH1河道水校流泥核沙，特性或取平均。
8.5
几个概念简析
摩阻流速U*：
τ U*= gRJ =
0ρ
摩阻流速U*反映了水流的紊动情况，广泛应用在泥沙研究 中。 U*与脉动强度的数值大小相当。
τ0是起动拖曳力，即泥沙处于起动状态的床面剪切力。 τ0=γhJ=ρU*2
CH1河道水流泥沙特性
常用计算的推导
Ks和糙率n的计算： 例：先测得河流水深h,再测水流垂线上两点流速，如：从 水面测得U0.2h=u1 ;U0.8h=u2，由流速分布公式：
将实测的lg(h/Ks)代入上式，令R=h
5.57(u1/u2+0.95)
多测几点流速，计算Ks和n值，以供 CH1河道水校流泥核沙，特性或取平均。
作业或习题
P16第一题；已知某河实测水深H=3.6米，三点法测得的流
速分别为U0.2=1.82m/s, U0.6=1.60m/s, U0.8=1.50m/s, 试 求河床的粗糙高度KS及曼宁糙率n。
通常采用实测的方法来确定Ks，即测出河槽的流速分布和 U*，再用槽壁流速公式反推粗糙高。
也有人用床沙情况来初估Ks，如对于均匀床沙，采用 Ks=0.7d，d为床沙粒径；如对于非均匀床沙，采用 Ks=d65，d65为床沙组成中出现概率是65%的粒径；不同实 验条件不同，仅供参考。
槽壁流速公式:
CH1河道水流泥沙特性
m
CH1河道水流泥沙特性
CH1河道水流泥沙特性
几个概念简析
粗糙高Ks：是天然壁面的当量粗糙高，它综合反映壁面粗 糙程度、形式和分布等因素对水流的影响。不仅只反映槽 壁的粗糙程度，同时还与粗糙的形式和分布状况有关。在 河道和明渠中，粗糙程度、形式和分布都是不均匀的，也 是随机的，Ks是反映这些因素的一个综合参数。
深按直线分布： τ=r(h-y)J= τ0 (1-y/h)
表达形式3： τ= ρl2(dux/dy)2
普兰特根据动量传递原理或掺混长度理论得到。
CH1河道水流泥沙特性
1.2、 明渠水流的流速分布
一、明渠水流流速分布
CH1河道水流泥沙特性
一、明渠水流流速分布
CH1河道水流泥沙特性
一、明渠水流流速分布
• 1、河道水流的两相性：水（连续介质）和沙（非 连续介质的颗粒群体）。
• （1）重力、（2）惯性力、（3）阻力
• 2、河道水流的三维性：河道断面不规则，顺直段 很短，宽深比小，尤其是弯曲河流。
• 3、河道水流的非恒定性：来水来沙随时间变化； 河床处于不断的变化中。
• 4、河道水流的非均匀性：
• 5、不平衡输沙； CH1河道水流泥沙特性
CH1河道水流泥沙特性
表达形式2：
紊动切应力
影响εm的几个量在量测和确定上都存在不少困
难，在实际计算中，通常由切应力和时均流速
ε 分布反推 m值。 CH1河道水流泥沙特性
紊动切应力表达式 在恒定二元均匀明流，水深为h，水力坡度为J，
作用于底壁的切应力为：τ0=rhJ；
根据理论与实测资料分析得到紊流切应力沿水
常用计算的推导
Ks和糙率n的计算：
例：先测得河流水深h,再测水流垂线上两点流速，如：测
得U0.2h=u1 ;U0.8h=u2，由流速分布公式：
U
c
=
U*
g
c=18lg(12.27R/Ks)
5.57u1/u2-5.27 c=
n
R1/6
u1/u2-1
n= 18lg 12.27R
Ks
(u1/u2-1)h1/6 n=