颗粒非均匀度对推移质输移的影响

发布时间：2019-09-20 04:50

【摘要】：非均匀泥沙的运动规律比较复杂，特别是粗细颗间的相互作用对推移质输移的影响，目前的研究还不充分；这严重制约了泥沙学科的发展，也难以满足河流工程设计与河流规划、管理的需求；因此开展非均匀泥沙输移机理研究具有重要的理论意义和工程应用价值。 为研究颗粒非均匀度对推移质泥沙输移过程的影响，，设计、制作了专用量测仪器（推移质动态采集量测系统和推移质拣选度动态量测系统）；筛选出满足量测精度要求的推移质选测频率，提出了基于图像识别技术的粒子分布密度、非均匀沙拣选度与推移质输沙率的确定方法。进行了不同粗细配比的非均匀沙水槽系列试验（8Groups，25Cases），实现了基于过程的水流紊动、颗粒交换与推移质输移量的实时监测。 系列试验研究表明，在床面补给不充分的条件下，推移质输移强度一般遵循初期发展、中期逐渐稳定，后期慢慢衰减的模式；累积输移量与水流强度和床沙粗细比有关，推移质输移率的时变特征则大致呈现三次函数曲线的形态。为综合反映床面粗糙度、粘性底层特性与颗粒非均匀性对近壁区流场的影响，引入了综合水流强度函数Ψb，特征傅氏数Frb，非均匀沙特征数β和无量纲推移质泥沙输移强度函数Φ。利用量纲分析与试验数据拟合研究，建立了非均匀推移质输移强度与综合水流强度的复合函数关系，给出了复合关系中反映泥沙非均匀度参量的相应计算方法。 对试验水槽床面附近水流紊动结构与推移质输移率的波动性分析表明，非均匀推移质输移率的波动性与粗颗粒运动的阵发性有关。提出了床面粗颗粒运动的2种模式：紊流猝发引起的促发模式与细颗粒碰撞引起的触发模式；水流流速脉动的拟序特征与推移质输移的阵发特征存在关联性。 颗粒非均匀度对推移质输移的影响体现在细颗粒存在对床面水流结构与对粗颗粒的碰撞影响方面。通常当床面水流流速脉动峰值大于2.5σ时，粗沙便成规模输移；而瞬时脉动强度低于1.5σ时，便多为细沙输移，粗沙几乎不参与运动。床沙中适当比例的细沙会提高推移质中粗沙的运动强度及相应推移质输移量。在给定水流强度条件下，增加细沙权重，非均匀推移质输移强度呈现驼峰型变化；当颗粒粗细比为3：7时，非均匀推移质输沙率达到最大；这意味着在冲积性河流的水沙调控中，控制适宜的颗粒非均匀度（粗细比），能实现较高的推移质输沙效率。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV142.2

【共引文献】

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本文编号：2538553