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泥沙的起动与沉降 ppt课件

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[工学]第2章 泥沙的一般特性ppt课件

[工学]第2章 泥沙的一般特性ppt课件
粒 径 大 小 （ mm）<0.0050.05～ 0.005 2～ 0.05 20～ 2200～ 20>
18
3、水利工程界分类
表2-2
泥沙颗粒分级规范
19
r R
§2-3 泥沙的几何特性
二、圆度 ——指颗粒棱和角的锋利程度。
文特沃斯〔wentworth〕定义：颗粒最锋利
棱径角的曲率半径除N以Nri /R颗粒最大内切圆的半
侵蚀，水土流失量是指分开某一范围的地表
物质总和，普通土壤侵蚀量大于水土流失量。
土壤侵蚀与产沙〔sediment yield)
也是两个不同的概念，产沙是指侵蚀的
土壤量可以到达流域出口的泥沙量。因此，
产沙小于侵蚀量，两者之间用泥沙输移比表 示。如以长江上游宜昌，20世纪80年代平均
侵蚀量为15.7亿吨，同期宜昌站输出沙量
D D 3 /26
6 D
〔2-5〕
1.1.4
§2-3 泥沙的几何特性
四、比外表积
➢〔1〕定义——泥沙颗粒的外表积与其体积之比。
小于某粒径沙重百分数(%)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10
1 泥沙粒配曲线
粒径D(mm) 0.1
➢〔2〕比外表积的意义
➢颗粒越小，比外表积越大； ➢反映泥沙颗粒的物化作用与重力作用的相对大小，其值 越大，物化
5.49亿吨
§2-1 泥沙的来源
➢二、 泥沙来源分类。 ➢〔1〕流域来沙。即流域地表的冲蚀； ➢〔2〕河床上冲起的沙。即河床的冲刷； ➢ 在运动过程中，二者存在着置换作用。 ➢〔3〕风沙〔普通不思索〕
§2-2 泥沙的矿物组成
一、矿物成份 泥沙来源于岩石风化，那么风化岩石的

泥沙颗粒基本性质ppt课件

泥沙颗粒基本性质ppt课件

碳酸化水解作用
2KAlSi3O8＋CO2＋2H2O
AlSi2O5(OH)＋4SiO2＋K2CO3
CO2溶于水时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十倍。
水解和碳酸化作用的实质，矿物中的盐基离子被氢离 子取代。
风化作用
（４）氧化作用(oxidation)：空气中的氧在有水的条件下，氧 化能力很强。
2FeS2＋2H2O＋7O2
（三） 气候与土壤（主要决定着成土过程中水热条 件）
水热 ： 一方面影响母质风化过程速度及物质的淋溶； 另一方面控制了植物和微生物的生长决
定了有机质的积累和分解。 气候对土壤性质的影响
(1)对土壤矿物的风化及其组成的影响 (2)对土壤有机质含量和腐殖质组成的影响 (3)对土壤胶体性质的影响 (4)强烈地影响土壤风化和淋溶度。
溶，而铝、铁、硅等元素尚有残留。如高岭土
4）铁铝化类型
硅酸盐矿物全部分解，转变为以次生铁、铝矿物和高岭 基
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
石粘土矿物为主。如红土
岩
二、黄土成因(research of loess genesis)及黄土演变
黄土（loess)为干寒气候环境的产物，是一种“母岩 ”而并不是真正的“土壤”。 黄土物质来源：不是主要来自于沙漠环境，而是来 源青藏高原第四纪冰川和冰缘作用区。
黄土成因有不同的假说:
(1) 黄土风成说:是李希霍芬（Von Richthofen(1882年
））和奥勃鲁契夫在19世纪末叶提出的“低空理论 ”（subaerial theory)，即“风成说”，认为黄土分 布在干早沙漠区的外围，是盛行的西北风或北风刮 起地面的粉尘，并将它们搬出沙漠地带沉积下来， 天长日久形成厚层的黄土。
根劈作用(root wedging)

第五讲泥沙运动的基本概念PPT课件

第五讲泥沙运动的基本概念PPT课件

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5.3.3 划分推移质和悬移质的实际意 义
弯道环流对推移质和悬移质的影响不一样。 在发生沉积的环境中，两者的淤积部位不同。 山区河流的河床变形主要受推移质的影响。 ……
5.4床沙质和冲泻质
按泥沙的相对粗细及来源的不同，可分为 床沙质和冲泻质。
钱宁将“质”这个字专用于水流中运动的 泥沙。组成河床的泥沙叫“床沙”。
5.4.1问题的提出
爱因斯坦等发现床沙中粗的颗粒多于细的颗粒， 运动的泥沙中则相反。运动泥沙中较细的一部分 在床沙中没有或很少，这部分细颗粒与床沙似乎 没有交换。
水流中粗颗粒泥沙的含量与流量相关，而细颗粒 则不明显。
粗颗粒泥沙可以看成是来至上游河床，称“床沙 质”，细颗粒泥沙来至流域，在本河段很少停留 一泻千里，叫“冲泻质”。
接触质：运动中与河床保持接触 跃移质：跳跃前进的泥沙 层移质：河床表面泥沙成层运动
悬移质：随漩涡悬浮在水中，并随水流前 进的泥沙称为悬移质。
推移质与悬移质的相对重要性
水流强度较弱时，以推移质为主
随着流速的增大，悬移质的重要性将超过 推移质。
平原河流中、推移质沙量往往不足总沙量 的5%。高坝大库的库容损失主要受悬移质 影响。
在多沙河流中，即使是床沙质也存在“多来多排” 现象。
河床的粗化或细化，可以使河道挟沙能力随之减 小或增大。
划分冲泻质和床沙质的标准
床沙中最细的5%看成冲泻质。 将床沙和悬移质级配曲线上下叠绘，用公
切线与横坐标的交点确定为临界粒径。

第三章+泥沙的起动(2011)讲解

第三章+泥沙的起动(2011)讲解

50
40
P (%)
30
20
10
0
-4 -3
-2
-1
0
1
2
3
4
fL /f 'L
+ fD / f 'D
图 4-9 脉动上举力和脉动拖曳力的 概率密度分布与标准正态分布曲线的对比
FL
D 2
CL 4
U 0 2
2
事实上，根据上举力的计算公式，瞬时流速 服从正态分布，那么上举力的瞬时值并不应 为正态分布，而是服从多维自由度的 2 分 布。随着自由度的增加， 2 分布的形状与正 态分布的图形类似。所以，通常可采用正态 分布的数学手段研究近底床面泥沙运动的基 本规律。
0.1mm < d < 0.15mm, 线性内插。
第三章 泥沙的起动 ( Incipient motion of sediment )
泥沙的运动形式
第一节 泥沙起动的随机性 1 起动现象的描述
物理概念：明确 具体分析：困难 随机性－－水流、颗粒
W

(
s

) D3
6
D 2
FD CD 4
1). 无泥沙运动 2). 轻微的泥沙运动 3). 中等强度泥沙运动 4). 普遍的泥沙运动
（三）窦国仁的理论分析
瞬时底流速表示的起动条件：
1/ 6
2.5
U ot
1.27
Dc D*

3.6 s
gD


0 0*

0 gh / D
D
式中:δ =2.31×10-5 cm 为薄膜水厚度，
2 泥沙起动的判别标准
Buffington（1998）总结分析了80年来有 关泥沙起动的研究成果，在泥沙起动的 判别方面还没有一致公认的标准。这里 介绍几种类型的判别方法： （一）延长推移质输沙率曲线到输沙率 接近零或某一参考值（Parker，1982）

泥沙的起动与沉降

泥沙的起动与沉降
湖泊中泥沙的沉积过程
在湖泊底部形成沉积物堆积，影响湖泊的形态和演变。
湖泊中泥沙沉积的影响
影响湖泊水质、生态系统和水资源利用等。
海岸带的泥沙运动
1 2
海岸带泥沙的来源
主要来自河流搬运、风力搬运和波浪侵蚀等。
海岸带泥沙的运动方式
在波浪、潮汐和风的共同作用下，沿岸输移和近 岸沉积。
3
海岸带泥沙运动的影响
环境因素的影响
风的影响
潮汐与波浪作用
风的作用能够引起近岸水体的混合和悬浮， 从而影响泥沙的起动和迁移。在强风条件下， 风力作用可能导致泥沙的再悬浮和扩散。
潮汐和波浪作用能够引起水体的垂直混合和 水平搬运，从而影响泥沙的起动和沉降。在 潮汐和波浪较强的区域，泥沙的迁移和分布 特征会受到显著影响。
05 泥沙起动与沉降的工程应 用
泥沙颗粒性质的影响
颗粒大小
泥沙颗粒的大小直接影响其起动和沉 降特性。较小的颗粒更容易受到水流 的作用力而悬浮和迁移，而较大的颗 粒则更容易沉降。
颗粒形状与表面特性
泥沙颗粒的形状和表面特性也会影响 其起动和沉降。不规则形状的颗粒更 容易在紊动水流中分散，而具有较大 表面积的颗粒则更容易吸附其他物质， 影响其沉降。
塑造海岸地貌、影响海洋生态环境和海洋资源开 发等。
04 泥沙起动与沉降的影响因 素
水流条件的影响
水流速度
水流速度是影响泥沙起动和沉降的重 要因素。随着水流速度的增加，泥沙 更容易被冲刷和搬运，导致更多的泥 沙起动和迁移。
水流的紊动
水流中的紊动作用能够增加泥沙颗粒 的悬浮和混合，从而影响泥沙的起动 和沉降。在较强的紊动条件下，泥沙 更容易被搬运和分散。
泥沙的起动与沉降
目 录
• 泥沙起动的条件 • 泥沙的沉降速度 • 泥沙的输移与沉积 • 泥沙起动与沉降的影响因素 • 泥沙起动与沉降的工程应用

化工工艺重力沉降技术ppt课件

化工工艺重力沉降技术ppt课件
2.1 沉淀的四种类型
自在沉淀 絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
紧缩沉淀
2. 沉降的根本实际
2.1 沉淀的四种类型
自在沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
紧缩沉淀
SS(悬浮颗粒浓度)不高； 沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进 展沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。 沉淀过程中，颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。
斯公式
单格宽度 b=B/n， 单格池宽>=0.6m
3.3 Camp图解积分 法
给定的沉降时间t内： 对于μ≥μ0的颗粒全部除去 1-p0
对于μ<μ0的颗粒可被部分去除。 p0
给定的沉降时间t内： 对于d≥d0的颗粒全部除去 1-p0
对于d<d0的颗粒可被部分去除。p0
？？：对于μ<μ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？ 去除率是多少？
H h
3.3 Camp图解积分法〔续〕
(2)颗粒的运动
程度
程度方向:程度流速v等于水流速度;
垂直
垂直方向:沉速即颗粒的自在沉降速度u。
颗粒运动的轨迹为其程度分速v和沉速u的矢量和，是 一组倾斜的直线，其坡度为i=u/v。
设u0为某一指定颗粒d0的最小沉降速度
当颗粒沉速u≥u0时，无论这 种颗粒处于进口端的什么位置， 它都可以沉到池底被去除，即 图a中的迹线xy与x′y′。
uS与d2成正比，因此↑d, uS ↑,提高去除效果。
uS与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水 温影响，水温上升，沉速增大。
3 自在沉降实验和沉降曲线
3.1、实验安装 3.2、常规计算法及沉降曲线 3.3、Camp图解积分法及沉降曲线
φ100 mm

环境工程学原理沉降PPT课件


d
p3g(P 2
)
2
紊流区：下限是ReP为1000
K 36
ReP
dP
1.74
dP(P )g
（6.2.11）
1.74
dP3g(P ) 2
1.74 K 1000
第28页/共68页
K 3.3 105 （6.2.12）
第二节 重力沉降
例 6.2.1：求直径为 40m，密度为 2700kg/m3 的固体颗粒在 20℃的 常压空气中的自由沉降速度。已知 20℃，常压状态下空气密度为 1.205 kg/m3，黏度为 1.81×10-5Pa·s。 解：（1）试差法
• 如在给水处理中需要从水源水中分离去除各种浊 度物质、细菌等。
• 在废气净化中，也需要分离废气中的粉尘等。
第2页/共68页
第II篇 分离过程原理
分离过程的分类？
• 机械分离：非均相混合体系（两相以上所组成的 混合物）--利用流体力学原理 （沉降、过滤）
• 传质分离：均相混合体系--利用物料平衡和传质原理 • 平衡分离过程（借助分离媒介，如溶剂或吸附 剂等，使均相混合体系变成两相系统） • 速率分离过程（在某种推动力下，利用各组分 扩散速率的差异实现组分分离）
(
ut 2
2
)
0
ut
4(P )dPg 3CD
(6.2.5)
ut——颗粒终端沉降速度（terminal velocity）
（1）层流区：ReP2 CD=24/ReP
ut
1 18
P
gdP2
(6.2.6)
斯托克斯（Stokes）公式 第21页/共68页
第二节 重力沉降
（2）过渡区：2<ReP<103

第四章 泥沙的起动与推移运动


c 0.033
3 已知一宽浅河道，D50＝0．6mm，h＝3.5m，求： (1)根据Shields曲线求其临界起动床面剪切应力； (2)采用不同形式的临界起动平均流公速式计算起动流速。
答:（1）据Shields曲线与辅助线，得 颗粒密度ρs＝2650kg/m3，清水密度ρs ＝l000 kg/m3，D＝0.6mm
D

s 0.6 103 2650 1000 0.1 gD 0.1 9.8 0.6 103 18.71 6 10 1000
据此查得D＝0.6mm的颗粒在Shields曲线上的对应点，读图得到临界起 动Shields数为 c 0.033 ，因此临界起动剪切应力为
U c 5.75 c
c 0.033
s 1.0 12.27 gD lg 12.27 0.41m / s 23.1 D C lg D D
采用沙莫夫公式计算：
h U c 1.14 s gD 0.44m / s D
16
c c s gD 0.033 2650 1000 9.8 0.6 103 0.32Pa
临界起动剪切流速为
U *c c /
12
4.61 1000
12
0.068m / s
（2）对数型起动流速公式 D=0.6mm，
8 某山区河流平均水深h＝0.45m，河宽B＝21.6m，水力比 降J＝0.00144，流速U＝0.98m／s，泥沙平均粒径D＝ 3.05mm。试用Meyer-Peter公式计算其单宽推移质输沙率。
,
答：
又
s Qb Kb hJ 0.047 s D 0.25 Q Kb g

《泥沙的沉速》课件

利用率和经济效益。
05 泥沙的沉速研究展望
研究方向
1 2
泥沙沉速与环境因素的关系
研究泥沙沉速与水流速度、水深、水质等因素的 关系，揭示泥沙运动规律。
泥沙沉速与河床演变
探讨泥沙沉速与河床演变的关系，预测河床形态 变化趋势。
3
泥沙沉速与人类活动影响
分析人类活动对泥沙沉速的影响，提出相应的治 理措施。
03
探讨影响泥沙颗粒沉速的主要因 素，如颗粒形状、大小、密度、
水的温度和流速等。
04
04 泥沙的沉速应用
水库淤积预测
泥沙淤积对水库寿命的影响
水库淤积速度过快会导致水库寿命缩短，影响水库的正常运行。通过泥沙的沉 速研究，可以预测水库淤积情况，为水库的维护和管理提供科学依据。
沉速与水库淤积量的关系
水库淤积量与泥沙的沉速密切相关。通过研究泥沙的沉速，可以推算水库淤积 量，进而制定合理的清淤计划，保持水库的库容和功能。
牛顿公式是描述泥沙颗粒在流动水体中受 到的阻力与流速、颗粒粒径、水的粘滞系 数之间的关系的公式。它基于牛顿第二定 律和斯托克斯阻力理论推导得出。公式表 达为：F=Cdv/2，其中F为阻力，C为阻 力系数，d为颗粒粒径，v为水的粘滞系 数。
修正公式
总结词
对斯托克斯公式和牛顿公式进行修正，以考虑实际水体中的复杂因素对泥沙沉速和阻力的影响。
环境保护
揭示人类活动对河床演变的影响，保护生态 环境。
泥沙资源利用
泥沙资源化利用
随着城市化进程的加速，建筑、道路等工程 需要大量的砂石材料。通过研究泥沙的沉速 ，可以从河床中提取符合工程要求的砂石材 料，实现泥沙资源化利用。
沉速与泥沙资源利用的关 系
泥沙的沉速与砂石材料的粒径、级配等密切 相关。通过对泥沙沉速的研究，可以优化砂 石材料的提取和加工工艺，提高泥沙资源的
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2 起动流速
由于流速场和剪力场之间存在着一定的 关系，所以可以从起动拖曳力的表达式 推导出泥沙的起动流速公式。如采用对
数流速公式, 可得用UC 代表在临界起动
时的垂线平均流速： 即为Shields数
sU c gD 5.75f(Re*)lo1 g2 .27 K R s
( 对数型起动流速公式 )
如流速分布不采用对数形式而采用 指数流速分布公式, 从而可以得出指数型 的起动流速公式, 这类公式与水深有关, 如应用较多的沙莫夫公式:
Uc
1.14s
gD
h1/6
D
粘性泥沙的起动
窦国仁公式
U cm ln 1K 1 hs
sg
D 0.19 kgh
D
• 当泥沙处于少量起动的临界状态时， m=0.320
• 当泥沙处于个别起动的临界状态时， m=0.256
• 当泥沙处于大量起动的临界状态时， m=0.408
张瑞瑾公式（武水公式）： Uc(D h)0.141.76Ds0.000001D00 0.7h6 2 0
2 .5
3 .6sg D 0 0 *
0gh/D D
• 瞬时底流速为时均底流速与脉动底流速之和，实际 可能出现的最大脉动流速为脉动强度的3倍。
• 个别泥沙起动概率为0.135%,少量起动条件概率 2.28%,大量起动条件概率15.9%。
无粘性均匀沙的起动
1 起动拖曳力
一个圆形球体的水下重量为 W’，
d
一、泥沙沉降的不同形式
3、沉降状态：
①沙粒雷诺数Red= d
②沉降状态：
(沙粒惯性力与水流粘滞力的对比) 。
a、层流状态下降； b、紊流状态下降； c、过渡状态下降：
二、球体的沉速
1、 阻 力计 算公 式：
球体沉降为对称绕流，其阻力F与 2 成正比：
F
CD
4
D 2
2
2g
(1.14)
CD— — 阻 力 系 数 ，
(平方关系)
(1.18)
②紊流状态：CD与Red为无关，基本为一常数，CD≈0.45。则：
＝1.72 s gD
• 这就给确定泥沙的临界水流条件带来了困 难，究竟怎样判别泥沙是否起动，目前还 没有一致的看法。
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
CD f (形状、方位、表面粗糙 度、水流紊动强度、 Red )
层流时：CD与Red为直 线关系，斯托克斯 导 出：
F 3D，其中CD 24 / Red
(1.15、 16)
紊 流 时 ： CD与 Red为 无 关 ， 基 本 为 一 常 数 ， CD≈ const.。 过渡状态时：CD与Red成曲线关系，数学 上 难以描述。
(s c)Df(u D)
(4-32)
上式的关系见图 4-10，即著名的 希尔兹关系曲线。
c s - D
10 20 30 40 60 80
1
0.8 0.6
层流曲线
0.4
0.2 0.1 0.08 0.06 0.04
0.02
s
c -
D
=
0.10
R
-0.8 e
作 者符号 沙样 作 者 符号 沙样
Shields
其中h和D单位取m，算得沉速单位为m/s。
第四章 泥沙的水力特性
一、泥沙沉降的不同形式
1、沉降过程： ①重力>阻力，加速下沉。 ②阻力逐渐增大，而重力恒定，加速度减小。 ③重力＝阻力，加速度＝0，泥沙匀速下沉，沉
速趋于稳定
2、沉速概念： 单颗粒泥沙在静止的无限大的清水水体中匀速下沉的速度
(cm/s)。
Casey Kram er USW ES
Gibert
琥珀
Tison
褐 煤 C. M. White
花岗石 重金石
李昌华
沙
沙
Mantz
沙
S. J. White
沙
Yalin and
Karahen
沙 沙 沙
沙在油中 粉沙 粉沙 粉沙在油中
(Байду номын сангаас流)
D 0.1
s -
gD
102
103
希尔兹紊流曲线
0.01 0.01 0.02 0.04 0.1 0.2 0.4
12 4
10 20 40 100 200 400 1000
Re *
uD
图 4-10 希尔兹起动拖曳力曲线
希尔兹起动拖曳力曲线具有以下特点:
Re * = 10 ，最易于起动； Re * < 10 ，不易于起动，起动拖曳力随粒 径的减小而加大；
Re* > 10 ，起动拖曳力随粒径的增大而加 大；
Re* > 1000 ，接近一常数0.06。
泥沙的起动
• 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的 增强，到一定时间时开始运动，这种现象 称为泥沙的起动。
• 维持泥沙颗粒静止状态的平衡条件遭到破 坏，床面泥沙由静止转变为运动的临界水 流条件，就是所谓的泥沙的起动条件。泥
沙的起动条件可以用流速、拖曳力或功率
来表示。
泥沙起动的判别标准
• 泥沙起动是相当复杂的，泥沙起动具有双 重的随机性天然河流中床面的泥沙颗粒形 状、大小、位置及排列组合等均为随机； 水流脉动本身的随机性，导致作用在床面 上某一指定位置上颗粒的力也是随机的。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
克雷默(1935) 根据试验观察的现象，把 推移质的运动分为四个阶段:
1). 无泥沙运动 2). 轻微的泥沙运动 3). 中等强度泥沙运动 4). 普遍的泥沙运动
窦国仁的理论分析
瞬时底流速表示的起动条件：
U o t 1 .2 7 D D * c 1 /6
二、球体的沉速
CD与Red关系 曲线
二、球体的沉速
2、水下重力计算：
W
s
6
D3
3、沉速推导：
F＝W
(1.18)
CD
4
D2
2
2g
＝
s
6
D3
＝
4 3CD
•
s gD
不同的沉降状态，CD具有不同的计算方法，分别如下。 ①层流状态：CD与Red为直线关系，即CD=24/Red，则：
＝ 1 s g D 2 18
床面上泥沙颗粒所受的上举力为FL， 相应的颗粒所受的拖曳力FD为：
W
(s
)D3
6
FDCDD 42
U02
2
FL
CL
D2
4
U02
2
取对数流速公式 ：
U0
y 5.75lo3 g0.2
u
Ks
U0 u f2(uD)
临界起动(滑移)： FDk(W 'FL)
阻力系数 CD、CL 与沙粒形状和 沙粒雷诺数有关，最后得出起动拖 曳力公式: