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探析推移质对水流能量利用的影响

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:推移质运动有滑动、滚动和跃移等几种形式。对于推移质中的跃移质来说,从在床面上的静止状态向上起跃需要从水中取得能量;泥沙颗粒离开床面以后与速度较高的水流相遇,被水流挟带产生了一个加速度,这同样要从水中取得能量。关于推移质运动对水流能量损失影响的试验资料结论也比较一致。试验结果表明,与定床清水相比,有推移质运动的挟沙水流的能量损失较大。

探析推移质对水流能量利用的影响

推移质运动有滑动、滚动和跃移等几种形式。对于推移质中的跃移质来说,从在床面上的静止状态向上起跃需要从水中取得能量;泥沙颗粒离开床面以后与速度较高的水流相遇,被水流挟带产生了一个加速度,这同样要从水中取得能量。跃移颗粒在升高的过程中,始终受到周围水流的驱动而加速,从水流中取得能量转化为颗粒水平运动的动能。当沙粒下落时,所遇到的水流流速逐渐减小,到了某一高度,沙粒的水平速度恰好等于当地的流速。自此以下,沙粒因水流作用而减速,从而驱动周围水流而对水流作功,即将一部分能量还给水流。最终,具有一定速度的沙粒撞击到床面,除了将一部分能量传递给床面静止沙粒使之运动外,大部分能量通过撞击转化为热能。综合起来,沙粒的跃移运动要从水流中取得能量,其中除了一小部分还给水流以外,大部分转化为热能而损耗掉了。而且,这部分能量取自水流的平均运动而不是取自紊动能。对于滚动、滑动形式的推移运动,同样也要通过碰撞、摩擦而额外消耗一部分能量。因而,推移质泥沙运动的存在将增加水流的能量损失(钱宁,万兆惠,1983)。

关于推移质运动对水流能量损失影响的试验资料结论也比较一致。Ryckoczi(1967)先用动床进行试验,再加化学剂固定河床,然后放入同流量的清水进行试验,量测其阻力损失。试验结果表明,与定床清水相比,有推移质运动的挟沙水流的能量损失较大。Song&Chiew(1997)在管道和明渠的试验研究表明,推移质运动增大水流阻力系数的作用和推移质输移强度及颗粒的大小有关。而Alves&Cardoso(1999)的试验则发现,在推移质输沙率持续增大直至过饱和状态,水流的曼宁系数不断减小。(www.xing528.com)

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