15.泥沙在靜水中下沉?xí)r的運動狀態(tài)沙粒雷諾數(shù)15.泥沙在靜水中下沉?xí)r的運動狀態(tài)沙粒雷諾數(shù)22.2泥沙沉速公式2.2.1圓球在靜水中的沉速⒈球體沉降阻力有效重力繞流阻力（2-1）（2-2）22.2泥沙沉速公式2.2.1圓球在靜水中的沉速⒈32.2泥沙沉速公式2.2.1圓球在靜水中的沉速2.球體沉速的一般表達式有效重力繞流阻力（2-1）（2-2）由圓球沉降時力的平衡方程W=F,得（2-3）32.2泥沙沉速公式2.2.1圓球在靜水中的沉速243.球體沉降的阻力系數(shù)（求解沉速的關(guān)鍵參數(shù)?。?/p>

圖2-2球體及圓盤的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系圖（Cd–Red曲線）43.球體沉降的阻力系數(shù)（求解沉速的關(guān)鍵參數(shù)！）圖2-25試驗結(jié)果分析：①、球體沉降時的運動狀態(tài)處于滯流區(qū)，沉降阻力主要為粘滯力，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)成線性關(guān)系；5試驗結(jié)果分析：①、球體沉降時的運動狀態(tài)處于滯流區(qū)，沉降阻力6試驗結(jié)果分析：②、球體沉降時的運動狀態(tài)處于紊流區(qū)，沉降阻力主要為紊動阻力，粘滯阻力可以忽略不計。阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)無關(guān)，接近于常數(shù)Cd=0.45。在Red＞2×105之后Cd值的急劇下降是由于球體繞流分離點后移引起的。6試驗結(jié)果分析：②、球體沉降時的運動狀態(tài)處于紊流區(qū)，沉降阻力7③、球體下沉處于過渡區(qū)，沉降阻力中粘滯阻力和紊動阻力都不能忽略。由Cd-Red圖可知，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)之間呈曲線關(guān)系。試驗結(jié)果分析：7③、球體下沉處于過渡區(qū)，沉降阻力中粘滯阻力和紊動阻力都不能84.球體層流區(qū)阻力系數(shù)的理論解Stokes從理論上求得，圓球在層流區(qū)所受的阻力為

(2-4)圓球繞流阻力的一般表達式(2-2)得(2-5)84.球體層流區(qū)阻力系數(shù)的理論解Stokes從理論上求得，95、層流區(qū)、紊流區(qū)和過渡區(qū)圓球沉速公式（2-3）①、層流區(qū)圓球沉速公式（Red<0.5）將(2-5)代入球體在靜水中沉速的一般表達式得(2-6)此式即為層流區(qū)的球體沉速公式，又稱Stokes沉速公式。95、層流區(qū)、紊流區(qū)和過渡區(qū)圓球沉速公式（2-3）①、層流區(qū)10②、紊流區(qū)圓球沉速公式（Red>1000）（2-3）代入球體在靜水中沉速的一般表達式得(2-7)球體沉降處于紊流區(qū)，由試驗曲線圖知，10②、紊流區(qū)圓球沉速公式（Red>1000）（2-311③、過渡區(qū)圓球沉速公式（0.5<Red<1000）過渡區(qū)，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)之間呈曲線關(guān)系（2-3）11③、過渡區(qū)圓球沉速公式（0.5<Red<1000）由于泥沙的形狀各不相同，無法得出圖2-2那樣的簡單的Cd-Red關(guān)系曲線，在過渡區(qū)球體沉速可通過試算求解的辦法，對求解泥沙沉速來講行不通。

2.2.2泥沙的沉速泥沙與圓球具有同樣的沉降機理，球體沉降的阻力規(guī)律同樣適用于泥沙，只是泥沙的形狀復(fù)雜，沉降中所受到的阻力較球體沉降阻力大，同粒徑的沉速有所減小。由于泥沙的形狀各不相同，無法得出圖2-2那樣的簡單的Cd-R133、崗恰洛夫公式(2-6)球體層流區(qū)沉速公式（Stokes公式）①層流區(qū)沉速公式（d<0.15mm）泥沙沉降阻力大于球體沉降阻力，天然泥沙沉速應(yīng)較球體沉速小，所以應(yīng)該乘以一個小于1的系數(shù)。泥沙在層流區(qū)的崗恰洛夫沉速公式為(2-21)133、崗恰洛夫公式(2-6)球體層流區(qū)沉速公式（Stok143、崗恰洛夫公式紊流區(qū)泥沙沉降阻力值大致在0.9-1.4之間崗恰洛夫取Cd=1.17②紊流區(qū)沉速公式（d>1.5mm）泥沙沉降阻力為泥沙在水流中的有效重力為將阻力系數(shù)帶入F，并令F=W(2-22)143、崗恰洛夫公式紊流區(qū)泥沙沉降阻力值大致在0.9-1.15③過渡區(qū)沉速公式（0.15<d<1.5mm）15③過渡區(qū)沉速公式（0.15<d<1.5mm）164、沙玉清公式與崗恰洛夫的考慮相同，得出與崗恰洛夫完全一致的公式①層流區(qū)沉速公式（d<0.1mm）沙玉清取紊流區(qū)泥沙沉降的阻力系數(shù)Cd=1.02②紊流區(qū)沉速公式（d>2mm）(2-26)164、沙玉清公式與崗恰洛夫的考慮相同，得出與崗恰洛夫完全174、沙玉清公式②紊流區(qū)沉速公式（d>2mm）(2-26)上述公式中單位用國際單位：ω：m/s,g:m/s2,d:m公式單位若為：ω：cm/s,g:cm/s2,d:mm174、沙玉清公式②紊流區(qū)沉速公式（d>2mm）(2-2618沉速判數(shù)Sa與粒徑判數(shù)φ③過渡區(qū)沉速公式（0.1<d<2mm）令18沉速判數(shù)Sa與粒徑判數(shù)φ③過渡區(qū)沉速公式（0.119上述公式中單位用國際單位：ω：m/s,g:m/s2,d:m公式單位若為：ω：cm/s,g:cm/s2,d:mm19上述公式中單位用國際單位：ω：m/s,g:m/s2,d:20公式單位為：國際單位。采用國際單位的沙玉清過渡區(qū)泥沙沉速的實用算式公式單位若為：ω：cm/s,g:cm/s2,d:mm（2-25）

20公式單位為：國際單位。采用國際單位的沙玉清過渡區(qū)泥沙沉速211、張瑞瑾公式泥沙過渡區(qū)的阻力泥沙的有效重力取并令（2-9）（2-11）（2-12）——張瑞瑾各區(qū)統(tǒng)一沉速公式牛頓繞流阻力的Stokes圓球?qū)恿鲄^(qū)阻力

紊流區(qū)Cd=0.45(常數(shù))211、張瑞瑾公式泥沙過渡區(qū)的阻力泥沙的有效重力取并令22張瑞瑾層流區(qū)與紊流區(qū)沉速公式泥沙在紊流區(qū)的阻力為泥沙的在層流區(qū)的阻力為泥沙的有效重力分別解泥沙沉降時力的平衡方程，同時利用實測資料確定系數(shù)（d>4mm）層流區(qū)紊流區(qū)（d<0.1mm）22張瑞瑾層流區(qū)與紊流區(qū)沉速公式泥沙在紊流區(qū)的阻力為泥沙的235、規(guī)范推薦計算公式d≤0.062mm，采用岡恰洛夫滯流區(qū)公式（2-21）0.062＜d＜2.0mm，采用沙玉清過渡區(qū)公式（2-25）D＞2.0mm，采用沙玉清紊流區(qū)公式（2-26）(2-21)（2-25）

(2-26)235、規(guī)范推薦計算公式d≤0.062mm，采用岡恰洛夫滯流242.3影響泥沙沉速的各種因素顆粒形狀、含沙量、邊壁條件、紊動、絮凝、水質(zhì)等。影響泥沙沉速的主要因素有：242.3影響泥沙沉速的各種因素顆粒形狀、含沙量、邊壁條25含沙量（含沙濃度）：單位渾水中所含的泥沙的數(shù)量。概念125含沙量（含沙濃度）：單位渾水中所含的泥沙的數(shù)量。概念126比表面積：顆粒表面積與其體積之比，即單位體積顆粒所具有的表面面積。概念2球體的比表面積為6/D，泥沙顆粒比表面積約為6/D。絮凝:當水質(zhì)中含有較多的細顆粒泥沙，特別是再含有復(fù)雜的化學(xué)成分時，泥沙不再以單顆粒的形式下沉，而是結(jié)成一團下沉，這種現(xiàn)象稱為絮凝現(xiàn)象。概念326比表面積：顆粒表面積與其體積之比，即單位體積顆粒所具有的272.3.1顆粒形狀對沉速的影響形狀不同，顆粒在水中下沉所受的阻力不同，同粒徑的泥沙形狀愈扁平，阻力愈大，沉速愈小。阻力系數(shù)與形狀系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)系為考慮形狀影響的沉速公式為272.3.1顆粒形狀對沉速的影響形狀不同，顆粒在水中下281、泥沙粒徑影響泥沙絮凝作用的因素包括：2、礦物成分3、含沙量4、水質(zhì)水析法測量泥沙粒徑：采用去離子水并加反凝劑。281、泥沙粒徑影響泥沙絮凝作用的因素包括：2、礦物成分3、292.3.2含沙量對沉速的影響1、對于水體中含較多粗顆粒泥沙下沉的泥沙引起的向上水流和激起的紊動；渾水容重增加；使得沉速減小292.3.2含沙量對沉速的影響1、對于水體中含較多粗顆302.3.2含沙量對沉速的影響2、對于水體中含較多細顆粒泥沙時下沉的泥沙引起的向上水流和激起的紊動；渾水容重增加；渾水粘滯性增加；使得沉速減小細顆粒泥沙和水中的電解質(zhì)作用，將發(fā)生絮凝現(xiàn)象。302.3.2含沙量對沉速的影響2、對于水體中含較多細顆312.3.2含沙量對沉速的影響2、對于水體中含較多細顆粒泥沙時含沙量對沉速的影響，取決于以上各因素的對比關(guān)系。含沙量較低（小于15kg/m3），形成互不相連的絮團，增大了顆粒粒徑，造成沉速增加；含沙量進一步增大，絮團聯(lián)成絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使得沉速大幅降低。312.3.2含沙量對沉速的影響2、對于水體中含較多細顆32例、計算粒徑為d＝0.05mm，0.5mm，5.0mm的泥沙沉速，假定水溫為20℃，運動粘滯系數(shù)為ν＝10-6m2/s。解：1、D＝0.05mm選用層流區(qū)崗恰洛夫沉速公式32例、計算粒徑為d＝0.05mm，0.5mm，5.0mm的33張瑞瑾公式1、D＝0.05mm33張瑞瑾公式1、D＝0.05mm342、D＝0.5mm沙玉清過渡區(qū)泥沙沉速的實用算式（單位采用kg、m、s制）解得342、D＝0.5mm沙玉清過渡區(qū)泥沙沉速的實用算式解得35張瑞瑾公式

2、D＝0.5mm35張瑞瑾公式2、D＝0.5mm36

3、D＝5mm沙玉清紊流區(qū)沉速公式張瑞瑾各區(qū)統(tǒng)一沉速公式

363、D＝5mm沙玉清紊流區(qū)沉速公37作業(yè)一1、有一卵石，d=0.1m，從水深h=10m的水面拋入水中，水的流速U=1m/s，若不考慮動水流動的影響，求卵石沉到河底的水平距離？2、什么是泥沙的沉速？球體沉速與等容泥沙的沉速是否相同？為什么？

3、什么是絮凝現(xiàn)象？影響絮凝的因素有哪些？4、試比較崗恰洛夫、沙玉清、張瑞瑾的泥沙沉速公式，說明在層流、紊流、過渡區(qū)中泥沙沉速的計算公式有何不同？如何判別層流、紊流、過渡區(qū)這三種繞流狀態(tài)？5、論述含沙量對沉速的影響。37作業(yè)一1、有一卵石，d=0.1m，從水深h=10m的水面385.泥沙在靜水中下沉?xí)r的運動狀態(tài)沙粒雷諾數(shù)15.泥沙在靜水中下沉?xí)r的運動狀態(tài)沙粒雷諾數(shù)392.2泥沙沉速公式2.2.1圓球在靜水中的沉速⒈球體沉降阻力有效重力繞流阻力（2-1）（2-2）22.2泥沙沉速公式2.2.1圓球在靜水中的沉速⒈402.2泥沙沉速公式2.2.1圓球在靜水中的沉速2.球體沉速的一般表達式有效重力繞流阻力（2-1）（2-2）由圓球沉降時力的平衡方程W=F,得（2-3）32.2泥沙沉速公式2.2.1圓球在靜水中的沉速2413.球體沉降的阻力系數(shù)（求解沉速的關(guān)鍵參數(shù)?。?/p>

圖2-2球體及圓盤的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系圖（Cd–Red曲線）43.球體沉降的阻力系數(shù)（求解沉速的關(guān)鍵參數(shù)！）圖2-242試驗結(jié)果分析：①、球體沉降時的運動狀態(tài)處于滯流區(qū)，沉降阻力主要為粘滯力，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)成線性關(guān)系；5試驗結(jié)果分析：①、球體沉降時的運動狀態(tài)處于滯流區(qū)，沉降阻力43試驗結(jié)果分析：②、球體沉降時的運動狀態(tài)處于紊流區(qū)，沉降阻力主要為紊動阻力，粘滯阻力可以忽略不計。阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)無關(guān)，接近于常數(shù)Cd=0.45。在Red＞2×105之后Cd值的急劇下降是由于球體繞流分離點后移引起的。6試驗結(jié)果分析：②、球體沉降時的運動狀態(tài)處于紊流區(qū)，沉降阻力44③、球體下沉處于過渡區(qū)，沉降阻力中粘滯阻力和紊動阻力都不能忽略。由Cd-Red圖可知，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)之間呈曲線關(guān)系。試驗結(jié)果分析：7③、球體下沉處于過渡區(qū)，沉降阻力中粘滯阻力和紊動阻力都不能454.球體層流區(qū)阻力系數(shù)的理論解Stokes從理論上求得，圓球在層流區(qū)所受的阻力為

(2-4)圓球繞流阻力的一般表達式(2-2)得(2-5)84.球體層流區(qū)阻力系數(shù)的理論解Stokes從理論上求得，465、層流區(qū)、紊流區(qū)和過渡區(qū)圓球沉速公式（2-3）①、層流區(qū)圓球沉速公式（Red<0.5）將(2-5)代入球體在靜水中沉速的一般表達式得(2-6)此式即為層流區(qū)的球體沉速公式，又稱Stokes沉速公式。95、層流區(qū)、紊流區(qū)和過渡區(qū)圓球沉速公式（2-3）①、層流區(qū)47②、紊流區(qū)圓球沉速公式（Red>1000）（2-3）代入球體在靜水中沉速的一般表達式得(2-7)球體沉降處于紊流區(qū)，由試驗曲線圖知，10②、紊流區(qū)圓球沉速公式（Red>1000）（2-348③、過渡區(qū)圓球沉速公式（0.5<Red<1000）過渡區(qū)，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)之間呈曲線關(guān)系（2-3）11③、過渡區(qū)圓球沉速公式（0.5<Red<1000）由于泥沙的形狀各不相同，無法得出圖2-2那樣的簡單的Cd-Red關(guān)系曲線，在過渡區(qū)球體沉速可通過試算求解的辦法，對求解泥沙沉速來講行不通。

2.2.2泥沙的沉速泥沙與圓球具有同樣的沉降機理，球體沉降的阻力規(guī)律同樣適用于泥沙，只是泥沙的形狀復(fù)雜，沉降中所受到的阻力較球體沉降阻力大，同粒徑的沉速有所減小。由于泥沙的形狀各不相同，無法得出圖2-2那樣的簡單的Cd-R503、崗恰洛夫公式(2-6)球體層流區(qū)沉速公式（Stokes公式）①層流區(qū)沉速公式（d<0.15mm）泥沙沉降阻力大于球體沉降阻力，天然泥沙沉速應(yīng)較球體沉速小，所以應(yīng)該乘以一個小于1的系數(shù)。泥沙在層流區(qū)的崗恰洛夫沉速公式為(2-21)133、崗恰洛夫公式(2-6)球體層流區(qū)沉速公式（Stok513、崗恰洛夫公式紊流區(qū)泥沙沉降阻力值大致在0.9-1.4之間崗恰洛夫取Cd=1.17②紊流區(qū)沉速公式（d>1.5mm）泥沙沉降阻力為泥沙在水流中的有效重力為將阻力系數(shù)帶入F，并令F=W(2-22)143、崗恰洛夫公式紊流區(qū)泥沙沉降阻力值大致在0.9-1.52③過渡區(qū)沉速公式（0.15<d<1.5mm）15③過渡區(qū)沉速公式（0.15<d<1.5mm）534、沙玉清公式與崗恰洛夫的考慮相同，得出與崗恰洛夫完全一致的公式①層流區(qū)沉速公式（d<0.1mm）沙玉清取紊流區(qū)泥沙沉降的阻力系數(shù)Cd=1.02②紊流區(qū)沉速公式（d>2mm）(2-26)164、沙玉清公式與崗恰洛夫的考慮相同，得出與崗恰洛夫完全544、沙玉清公式②紊流區(qū)沉速公式（d>2mm）(2-26)上述公式中單位用國際單位：ω：m/s,g:m/s2,d:m公式單位若為：ω：cm/s,g:cm/s2,d:mm174、沙玉清公式②紊流區(qū)沉速公式（d>2mm）(2-2655沉速判數(shù)Sa與粒徑判數(shù)φ③過渡區(qū)沉速公式（0.1<d<2mm）令18沉速判數(shù)Sa與粒徑判數(shù)φ③過渡區(qū)沉速公式（0.156上述公式中單位用國際單位：ω：m/s,g:m/s2,d:m公式單位若為：ω：cm/s,g:cm/s2,d:mm19上述公式中單位用國際單位：ω：m/s,g:m/s2,d:57公式單位為：國際單位。采用國際單位的沙玉清過渡區(qū)泥沙沉速的實用算式公式單位若為：ω：cm/s,g:cm/s2,d:mm（2-25）

20公式單位為：國際單位。采用國際單位的沙玉清過渡區(qū)泥沙沉速581、張瑞瑾公式泥沙過渡區(qū)的阻力泥沙的有效重力取并令（2-9）（2-11）（2-12）——張瑞瑾各區(qū)統(tǒng)一沉速公式牛頓繞流阻力的Stokes圓球?qū)恿鲄^(qū)阻力

紊流區(qū)Cd=0.45(常數(shù))211、張瑞瑾公式泥沙過渡區(qū)的阻力泥沙的有效重力取并令59張瑞瑾層流區(qū)與紊流區(qū)沉速公式泥沙在紊流區(qū)的阻力為泥沙的在層流區(qū)的阻力為泥沙的有效重力分別解泥沙沉降時力的平衡方程，同時利用實測資料確定系數(shù)（d>4mm）層流區(qū)紊流區(qū)（d<0.1mm）22張瑞瑾層流區(qū)與紊流區(qū)沉速公式泥沙在紊流區(qū)的阻力為泥沙的605、規(guī)范推薦計算公式d≤0.062mm，采用岡恰洛夫滯流區(qū)公式（2-21）0.062＜d＜2.0mm，采用沙玉清過渡區(qū)公式（2-25）D＞2.0mm，采用沙玉清紊流區(qū)公式（2-26）(2-21)（2-25）

(2-26)235、規(guī)范推薦計算公式d≤0.062mm，采用岡恰洛夫滯流612.3影響泥沙沉速的各種因素顆粒形狀、含沙量、邊壁條件、紊動、絮凝、水質(zhì)等。影響泥沙沉速的主要因素有：242.3影響泥沙沉速的各種因素顆粒形狀、含沙量、邊壁條62含沙量（含沙濃度）：單位渾水中所含的泥沙的數(shù)量。概念125含沙量（含沙濃度）：單位渾水中所含的泥沙的數(shù)量。概念163比表面積：顆粒表面積與其體積之比，即單位體積顆粒所具有的表面面積。概念2球體的比表面積為6/D，泥沙顆粒比表面積約為6/D。絮凝:當水質(zhì)中含有較多的細顆粒泥沙，特別是再含有復(fù)雜的化學(xué)成分時，泥沙不再以單顆粒的形式下沉，而是結(jié)成一團下沉，這種現(xiàn)象稱為絮凝現(xiàn)象。概念326比表面積：顆粒表面積與其體積之比，即單位體積顆粒所具有的642.3.1顆粒形狀對沉速的影響形狀不同，顆粒在水中下沉所受的阻力不同，同粒徑的泥沙形狀愈扁平，阻力愈大，沉速愈小。阻力系數(shù)與形狀系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)系為考慮形狀影響的沉速公式為272.3.1顆粒形狀對沉速的影響形狀不同，顆粒在水中下651、泥沙粒徑影響泥沙絮凝作用的因素包括：2、礦物成分3、含沙量4、水質(zhì)水析法測量泥沙粒徑：采用去離子水并加反凝劑。281、泥沙粒徑影響泥沙絮凝作用的因素包括：2、礦物成分3、662.3.2含沙量對沉速的影響1、對于水體中含較多粗顆粒泥沙下沉的泥沙引起的向上水流和激起的紊動；渾水容重增加；使得沉速減小292.3.2含沙量對沉速的影響1、對于水體中含較多粗顆672.3.2含沙量對沉速的影響2、對于水體中含較多細顆粒泥沙時下沉的泥沙引起的向上水流和激起的紊動；渾水容重增加；渾水粘滯性增加；使得沉速減小細顆粒泥沙和水中的電解質(zhì)作用，將發(fā)生絮