非均勻顆粒間相互作用對(duì)泥沙起動(dòng)的影響.pdf

1、泥沙起動(dòng)規(guī)律是研究泥沙運(yùn)動(dòng)理論的基礎(chǔ)。自然界河流千差萬別,河床形態(tài)、河床組成及水流條件差異很大,泥沙起動(dòng)規(guī)律也差異很大。非均勻沙的起動(dòng)是一個(gè)不斷變化的隨機(jī)過程,床沙與推移質(zhì)的交換過程在粒徑上表現(xiàn)為先小后大的運(yùn)動(dòng)順序。以往學(xué)者們對(duì)顆粒間相互作用的研究,大多關(guān)注在顆粒間的隱蔽作用和床面附近的紊動(dòng)猝發(fā)現(xiàn)象,但是對(duì)顆粒間的碰撞作用研究很少。因此,研究顆粒間相互作用機(jī)理及顆粒碰撞與起動(dòng)之間的關(guān)系,對(duì)于完善泥沙顆粒起動(dòng)規(guī)律是十分有意義的。
　

2、　本文設(shè)計(jì)了用于專門研究顆粒碰撞的水槽試驗(yàn)方案及相關(guān)專用量測(cè)設(shè)備。在精密水槽試驗(yàn)中,觀察不同系列水泥小球的起動(dòng)過程,得到不同粒徑水泥小球的起動(dòng)條件;以此作為基礎(chǔ),研究不同均勻度條件下非均勻顆粒間碰撞作用,研究小顆粒碰撞對(duì)較大顆粒起動(dòng)的影響。碰撞系列試驗(yàn)選用兩種不同粒徑的等數(shù)目水泥球,研究它們?cè)诓煌鲝?qiáng)度下的碰撞頻率和起動(dòng)概率。為了研究顆粒碰撞與起動(dòng)的關(guān)聯(lián)性,引入顆粒間均勻度與碰撞頻率的概念。試驗(yàn)結(jié)果表明:水泥球的物理特性滿足試驗(yàn)要求,

3、其臨界起動(dòng)水力條件與采用張瑞瑾散粒體泥沙起動(dòng)公式計(jì)算結(jié)果基本一致。顆粒間的碰撞會(huì)使得原本達(dá)不到起動(dòng)條件的大顆粒泥沙因動(dòng)量傳遞而可能達(dá)到起動(dòng)狀態(tài),即增加了較大顆粒的起動(dòng)概率;在水流強(qiáng)度一定時(shí),隨著顆粒間均勻度的增加,大顆粒的起動(dòng)概率隨之增大,顆粒間的碰撞頻率呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì),并在均勻度為0.52附近達(dá)到最大值;試驗(yàn)采用了激光粒子圖像測(cè)速儀(PIV系統(tǒng)),精細(xì)捕捉、研究顆粒間相互作用,采集獲取均勻流床面上泥沙顆粒附近的精細(xì)流速場(chǎng)及水流紊動(dòng)