05、第五次课(第二章第二节).ppt

第二章思考题 P54.6; P54.7; P54.9; P54.10 补充思考题： 1、阐述摩阻流速在泥沙研究中的重要性。 2、Shields曲线有何特点？ 3、张瑞瑾、唐存本、窦国仁关于粘结力形成的观点如何？ 4、非均匀沙及砾石和卵石的起动与均匀沙有何区别？ 5、设水深为h=0.2m，对D＝0.05mm粒径的泥沙颗粒，分别采用张瑞瑾公式、窦国仁公式和沙玉清公式计算临界起动平均流速值。 三、无粘性均匀沙的的起动拖曳力 ㈠、基本观点 细颗粒泥沙的起动受到了近壁层流层（边界层）的影响，近壁层流层对细颗粒泥沙起到了隐蔽作用，使之起动变得困难。 根据这一观点，可以建立另一种类型的起动公式，即起动拖曳力公式。 ㈡、shields起动拖曳力公式的建立 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 （2-13） ⒉ 爱因斯坦对数流速分布公式 爱因斯坦提出如下对数流速分布公式 (2-14) 为河床的粗糙度，均匀沙， ； 非均匀沙， ； 为考虑水流粘滞性影响的校正系数，为河床相对粗糙度 的函数， 近壁层流层厚度， ； 为水的运动粘滞系数。 校正系数与河床相对粗糙度的关系 当 床面粗糙区（绕流紊流区）， ； 当 ，床面光滑区， ； 当 床面过渡区， 。 ⒊ 摩阻流速 ①、摩阻流速与水流条件的关系 无因次谢才系数 则 ②、水流作用于泥沙颗粒的流速（近底流速、有效作用流速）与摩阻流速的关系 假定作用点 ，绕流处于紊流区 。 由爱因斯坦对数流速分布公式得， 作用于泥沙颗粒的流速大约为 。 ③、摩阻流速在泥沙研究中的重要性 泥沙的悬浮、起动与水流紊动密切相关； 脉动强度的数值与摩阻流速相当，反映了水流的紊动情况。 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 有效作用流速 （2-15） 代入(2-5)式中 并取平方，得 于是，可得 令 (2-16) 称为Shield数，又称临界相对拖曳力。 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、对于较细颗粒的泥沙，校正系数和绕流阻力系数是沙粒雷诺数的函数 c、Shield数是沙粒雷诺数的函数 （2-16）可改写为 (2-17) ㈢、Shields曲线 ⒈ 原shields曲线（图2-4中的希尔兹紊流曲线）及其特点 ①、曲线为马鞍形，在 附近，亦即近壁层流层厚度与床沙粒径接近时，泥沙最容易起动， 此时有 （2-18） 此即曲线的最低点。 ②、床面处于光滑区时，需要更大的拖曳力才能使其运动。 在 时，也即 ，希尔兹曲线成为一条斜率为-1的直线，该直线的方程为 （2-19） 此时起动拖曳力与泥沙粒径无关。 ③、 时，即 时，近壁层流层（边界层）不起隐蔽作用，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 以后，Shields曲线