非均勻顆粒間相互作用對泥沙起動的影響.pdf

1、泥沙起動規(guī)律是研究泥沙運動理論的基礎。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,泥沙起動規(guī)律也差異很大。非均勻沙的起動是一個不斷變化的隨機過程,床沙與推移質的交換過程在粒徑上表現(xiàn)為先小后大的運動順序。以往學者們對顆粒間相互作用的研究,大多關注在顆粒間的隱蔽作用和床面附近的紊動猝發(fā)現(xiàn)象,但是對顆粒間的碰撞作用研究很少。因此,研究顆粒間相互作用機理及顆粒碰撞與起動之間的關系,對于完善泥沙顆粒起動規(guī)律是十分有意義的。
　

2、　本文設計了用于專門研究顆粒碰撞的水槽試驗方案及相關專用量測設備。在精密水槽試驗中,觀察不同系列水泥小球的起動過程,得到不同粒徑水泥小球的起動條件;以此作為基礎,研究不同均勻度條件下非均勻顆粒間碰撞作用,研究小顆粒碰撞對較大顆粒起動的影響。碰撞系列試驗選用兩種不同粒徑的等數(shù)目水泥球,研究它們在不同水流強度下的碰撞頻率和起動概率。為了研究顆粒碰撞與起動的關聯(lián)性,引入顆粒間均勻度與碰撞頻率的概念。試驗結果表明:水泥球的物理特性滿足試驗要求,

3、其臨界起動水力條件與采用張瑞瑾散粒體泥沙起動公式計算結果基本一致。顆粒間的碰撞會使得原本達不到起動條件的大顆粒泥沙因動量傳遞而可能達到起動狀態(tài),即增加了較大顆粒的起動概率;在水流強度一定時,隨著顆粒間均勻度的增加,大顆粒的起動概率隨之增大,顆粒間的碰撞頻率呈現(xiàn)先增后減的趨勢,并在均勻度為0.52附近達到最大值;試驗采用了激光粒子圖像測速儀(PIV系統(tǒng)),精細捕捉、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流速場及水流紊動