清华河流动力学概论第2章课件2
河流动力学重点
前言 1.河流动力学就是以力学及统计等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科！主要内容包括泥沙运动和河床演变！ 2.河流动力学的研究方法有理论研究、试验研究、原型观测、数学模型。 第一章 1.P16等容粒径公式。 2.粒径大小分类、漂石、卵石、砾石、沙砾、粉粒、黏粒， 3.有效密度的表示方法(PS-P)/P 4.从自然界取得的原状泥沙，经过100到105度的温度烘干后，其质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。相应重量的比值称为干容重。 5.泥沙干密度主要受泥沙粒径、淤积厚度、淤积历时等因素的影响，注意图p21，P22的图 6.在静水中的泥沙，由于颗粒之间的摩擦作用，可以堆积成一定角度的稳定倾斜而不塌落，倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下停止角！ 第二章 1泥沙沉降速度是指单颗泥沙在足够大的静止请水中等速下沉时的速度，简称沉速。由于泥沙颗粒越粗，沉速越大，因此又被称为水力粗度! 2雷诺数小于0.5为停滞性状态，大于1000属于紊动状态，介于之间属于过渡状态。 3影响泥沙沉降速度因素有，颗粒形状，边壁条件，含沙浓度，紊动，絮凝等 4泥沙颗粒越细。其比表面积越大，当泥沙粒径小于0.01毫米，颗粒表面的物理化学作用可使颗粒之间产生微观结构，随着这种颗粒泥沙的增加，相邻的若干带有吸附水膜的细颗粒便彼此连接在一起形成絮团，这种现象称为絮凝现象。 第三章 注意资料计算题 游荡型河段演变规律： 形态特性，平面形态看，河身比较顺直，往往宽窄相间，类视藕节状，河段内河床宽浅，洲摊密布，岔道交织。 水流特性：因河床宽浅，平均水深很小。水文特性表现为暴涨暴落，年内流量变化大。 输沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量变化很大，流量与含沙量关系不明显。同意流量，因上站含沙量的不同，其输沙率相差很大，出现多来多排，少来少排现象。 演变规律：冲淤变化，汛期主槽冲刷，滩地淤积。非汛期，主槽淤积，滩地坍塌。从长时间看，表现为主槽淤积抬高，而滩地持续抬高。平面变化上，主流摆动不定，主槽位置也摆动，摆幅相当大导致河势变化剧烈！ 第四章床面形态与水流阻力 1、沙波作为河床表面推移质泥沙运动的主要外在表现形式，直接关系到河床的变形，决定河床的阻力。随水流强度的不断变化，沙波有其产生、发展和消亡的过程。 2、沙波的五个发展阶段：沙纹→沙垄→过渡、动平整→沙浪→急滩与深潭 ①沙纹：水流流过平整的河床床面，在水流达到一定强度后，部分沙粒开始运动，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移动加长，最后连接成为形状及其规则的沙纹。沙纹尺度较小，主要是近壁层流层的不稳定性所产生，与平均水深关系不大。随着水流强度的增大，沙纹在平面上逐渐从顺直过渡到弯曲、再过渡到对称和不对称的沙鳞。 ②沙垄：随着流速的增加，沙纹发展成沙垄，其尺寸与水深有密切关系。在平面外形上，在水流强度逐渐加大的过程中，沙垄将自顺直发展到弯曲，成悬链和新月形。
河流动力学
1.等容粒径（假定球体）D ： 算数品均值D ： 几何品均值（椭球体）D: 泥沙级配曲线（群体性）：表示天然泥沙组成特性，在采集的代表沙样中，小于某种粒径的泥沙累计百分数与该粒径在半对数纸上的关系曲线。 粒配曲线反映的特性⑴可反映沙样颗粒的大小和范围；⑵可反映沙样组成的均匀程度。沙样 的特征粒径：⑴平均粒径Dm ：粒径按其所占重量的百分比为权的加权平均值。 1100n i i m i P d d =??=∑，max min 2i d d d +=⑵中值粒径50d 表示在全部沙样中，大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等。求法：粒配曲线—P=50%天然沙的平均粒径常常大于中值粒径 2.细颗粒泥沙的物理化学特征。细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层。通常细颗粒泥沙的主要成分是粘土矿物，它们在含有电解质的水中会发生两种可能：电解质中的离子吸附在泥沙颗粒表面；泥沙颗粒表面的分子发生离解。不论哪种情况都使泥沙颗粒表面带有负电。由于凝絮作用，细颗粒在沉积时会连结成絮团，絮团与絮团会连接成集合体，集合体还会搭连而形成网架。絮凝的新沉积物是一个高度蜂窝状的结构，含水量很高，密度很低，这样的淤积物具有很低的抗剪强度或粘结力。 3.沉速概念，泥沙沉降状态。单颗粒泥沙在无边界影响的静止清水中的匀速下沉的速度。因数值主要和粒径有关，也称水力粗度，常用ω表示,单位:cm/s.沉降的形式,泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re d ωνd G ==沙粒性力水流粘Z 力（式中和d 、ω分别为泥沙的粒径及沉速，ν为水的运动粘滞性系数）①层流状态下降:Re d <0.5,颗粒基本沿垂线下沉，颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象。颗粒沉降属于层流状态，下降速度较慢，绕流阻力以摩擦阻力为主，压差阻力相对较小，d C 与Re d 呈直线关系②紊流状态下降:Re d >1000, 泥沙颗粒脱离铅垂线，以极大的紊动状态左摇右摆下沉，附近的水体产生强烈的绕动和涡动。压差阻力远大于摩擦阻力，其大小与Re d 无关③过渡状态下降:Re d =0.5~1000, 泥沙沉降状态处于二者之间。随Re d 增大，压差阻力不断增大，摩擦阻力不断减小，阻力系数与沙粒雷诺数之间为曲线关系 4.影响泥沙沉速因素。泥沙的形状对沉速的影响。对于几何平均粒径D 相同的不同石块，形状愈扁平，阻力系数C D 愈大，其沉速愈小；水质对沉速的影响。主要影响对象是D<0.03mm 的细颗粒泥沙。①影响絮凝现象的第一个因素是泥沙粒径。泥沙愈细，絮团愈大②水中电解质的离子浓度与价数。反离子的价数高，絮凝作用强。另外，在小含盐度的范围内，絮凝团的平均沉速因含盐度的增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度的增大，对平均沉速的影响不大；含沙量对沉速的影响。 5.影响泥沙淤积物干容重因素。取未经扰动的原状沙洋，量出它的体积，然后在烘干箱内经100度烘干后，其重量与原状沙洋整个体积之比，称干容重。N/m 3。①泥沙粒径。粒径较粗的泥沙干容重大，变化范围小。②泥沙淤积厚度。淤积愈深，干容重愈大，变化范围愈小。③淤积历时。干容重随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值。④泥沙组成：组成越不均匀，孔隙率越小，干容重越大。 8.含沙量分布的重力理论原理，优缺点。泥沙比水重，为维持泥沙在水流中悬浮而不下沉，
河流动力学整理
1.对数流速垂线分布 1、泥沙级配曲线：横坐标表示泥沙粒径，纵坐标表达在所考虑的沙样中粒径小于横坐标相应的某一粒径在总沙样中所占的百分比的曲线。 2、粒配曲线的绘制方法和过程：⑴取样筛分,获取各粒经组D i 泥沙的重量;⑵统计出小于和等于各粒经D i 的沙重,并算出其占总重的百分比p i ;⑶准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格,纵坐标是普通分格);⑷以粒经Di 为横坐标(对数坐标,从大到小),小于和等于粒经Di 的沙重百分比pi 为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。 3、级配曲线可以反映沙样颗粒的相对大小和范围，可反映沙样组成的均匀程度1、特征粒径:单颗粒泥沙粒径:等容粒径,算术/几何平均粒径,筛分粒径,沉降粒径;群体泥沙代表粒径:平均粒径(d i=(d max-d min)/2;D m=∑(d i*p i)/100);中值粒径(d50);非均匀特点:均方差(σ=1/2(D84/D50+ D50/D16));挑选系数(Φ=开方(D75/D25))(越接近1,沙样就越均匀,越大于1,沙样越不均匀); 1.孔隙率:泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比。泥沙孔隙率因沙粒大小、均匀度、沙粒形状、泥沙沉积方式、沉积后受力大小和历史长短等有关。粗沙(39％-40％);中沙(41％-48％);细沙(44％-49％)。细颗粒泥沙表面面积大，使得摩擦、吸附、搭成架构等作用增大;粒径均匀的泥沙孔隙率最大;球体,孔隙率小。(细颗粒泥沙具有较大的孔隙率和较小的干容重) 1.容重γs:泥沙颗粒的实有重量和实有体积(不含空隙体积)之比(一般变化范围不大,取2650kg/m3);有效容重系数:泥沙水下比重与水的比重之比(a=(γs-γ)/γ);干容重γs’;泥沙颗粒的实有重量和整个体积(含空隙体积)之比(变化范围大,因为空隙变化大);用途:确定泥沙冲淤体的体积;影响因素:粒径(主)、淤积深度、埋藏深度和环境、排水情况、有无初露水面暴露在空气中、细颗粒的化学成分等;γs’与γs的关系：γs’= γs(1-e)；规律:粒径大的泥沙γs’大一些，变化范围小一些,粒径小的反之;浑水容重:如果以S 代表水的含沙量,则浑水容重(r m=r+(1-r/r s)*s),含沙量S较大的变化只能引起r m较小的变化。 1.泥沙沉速ω：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(有效重力和阻力相等);与泥沙的粒径、形状、含盐度、含沙浓度、水体紊动和沙粒雷诺数有关(R ed=ωd/v,表示惯性力与水流粘滞力的相对关系); 2.泥沙的沉降状态：层流(滞性)状态下降:R ed<0.5, 垂线下沉，下沉速度缓慢，扰流阻力以摩擦力为主，压差阻力相对较小(阻力与μdω的一次方成正比),颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象;过渡状态下降: R ed=0.5~1000,颗粒表面形成流速梯度很大的边界层，尾部边界脱离表面发生分离，分离区产生稳流，造成很大的能量损失，随着R ed的增加，分离区相应增大，压差阻力也不断增大，摩擦阻力不断减小;紊流状态下降:R ed>1000, 颗粒表面边界层在尾部的分离区达到最大，压差阻力远远大于摩擦阻力， 其大小与R ed的变化无关，颗粒左摇右摆下沉，颗 粒本身也转动，周围水体也紊动(水流阻力与ρd2 ω2成正比) 。 1.张瑞瑾沉速公式思路(阻力叠加原理,从过渡区入 手) PS:泥沙特性分为几何特性、重力特性、水力特性、 物理化学特性、生物化学特性； 1. 泥沙运动分类:泥沙一颗一颗的沿河滚动,滚一阵, 歇一阵,常呈间歇性(在河底附近一滚动、滑动、跳 跃或者层移形式前进,其速度小于水流速度);泥沙在 水中悬浮着前进(细颗粒，连续运动,在水流方向以 与水流大致相等的速度前进); 2.推移质与悬移质划分:Def:河底附近以滚动、滑 动、跃动或层移等形式前进、速度小于水流速度的 泥沙称推移质(接触质、跃移质、层移质); 以浮游方式前进的泥沙称推移质联系:一个泥沙组 成来说,较弱的水流条件下,以表现为推移质;较强的 水流条件下,以表现为悬移质，二者可以相互转化。 区别:运动规律不同(受力、运动速度、输沙率与水 流切力的关系、输沙量等都不同);能量来源不同(推 消耗水流的机械能即时均势能，悬消耗水流的紊动 动能);对河床的作用不同(悬沙通过容重增大净水压 力,悬移质通过颗粒间的离散力与河床作用). 1.泥沙起动概念：随着水流条件的增强,沙颗粒由静 止转为运动,泥沙起动.泥沙起动条件:持泥沙颗粒静 止状态的平衡条件遭到破坏,面泥沙由静止状态转 入运动状态的临界水流条件(起动流速(以垂线平均 流速表示)、起动拖曳力(拖曳力表示、起动功率(水 流功率));特性:复杂性(水流条件、沙粒性质、泥沙 组成);随机性(水流运动和泥沙分布排列等具有随机 性). 2.沙在水流中受到的力:促成泥沙起动的力:上举力、 推移力(两者由沙粒的迎水面和下面压力增大而背 水面和上面压力减小形成的)、脉动压力;抗拒泥沙 起动的力:重力、粘结力(与沙粒间的空隙厚度、在 水平面上的投影面积、所受的铅直向下的压力、水 的纯洁度与化学成分、沙粒的压结程度有关)。 3.起动流速:泥沙由静止变为运动式的临界水流条 件,用起动流速表示,位于河床表面的某种泥沙(即床 沙),当流速等于或者大于泥沙起动流速时,泥沙起动 反之静止。 4.沙莫夫启动流速公式： 5.研究泥沙起动的意义:计算输沙率;航道整治时使 用;护滩、护滩块石稳定计算、研究输沙率 1.沙波运动:泥沙颗粒在床面的集体运动称沙波运 动(推移质泥沙运动达到一定程度时的产物.对河道 水流结构、河道阻力、泥沙运动和河床演变均有重 要作用)； 2.沙波形态和运动特征:(几何特征:迎水面缓,背水 面陡;运动特征:迎水面加速区,冲刷,背水面减速区, 淤积,床沙分选:上粗下细;水流运动特征:波峰处流 速大,波谷处流速小,迎水面存在停滞点,背水面:分 离、漩涡;阻力特性：迎水面与水面存在压力波,与 水流速度相反,称形状阻力 3.沙波形成及发展过程:静平整(流速小于起动流速, 泥沙不起动,床面平整)、沙纹(流速增大,沙粒聚集最 后形成形状规则的沙纹)、沙垄、过渡、动平整(流 速增大,波高变小,床面恢复平整)、沙浪(流速继续增 大,Fr>1,床面再次出现沙波)、急滩与深潭(Fr>>1,强 烈冲刷形成急滩,强烈淤积形成深潭). 4.沙波形成过程中的两个现象:沙波对床沙的分选 作用(上粗下细);粗沙运动的间歇性。 5.沙波运动对河流的影响:沙波运动时推移质运动 的主要形式;沙波的消长对河流的阻力损失有很大 影响;沙漠的消长对航道的水深有一定的影响;沙波 的形成和发展影响H-Q关系。 6.沙波类型:带状沙波(很少见)、继绩蛇曲沙波(最常 见)、堆状沙波(常见)、顺直沙波、弯曲沙波、链状 沙波、舌状沙波、新月沙波等。 7.沙波产生的原因：不同流体相对运动时交界面上 的不稳定性;接近河床的流速沿程分布与沙波形式 相适应。 1.推移质输沙率概念:一定的水沙条件下,河道处于 冲淤平衡时,单位时间通过单宽河床的推移质数量, 以g s表示,单位:kg/m.s 2.公式类型及其思路:以临界拖引力和临界流速考 虑问题(当拖引力获水流速度达到或超过某一临界 值以后，床沙才可能发生推移,推移质输沙率的大小 与水流实有的拖引力或流速超过临界拖引力或临 界流速的程度有关,如沙莫夫公式);从沙波运行情况 考虑问题(凡推移质运动达到一定规模的处所，必然 出现沙波,推移质输沙率与U4成正比);从统计法则 考虑问题(H.A.爱因斯坦公式:抓住泥沙自床面冲刷 下移的概率P的确定最为推导的核心
河流动力学复习整理
（0）河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。 主要研究内容: 水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布; 泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法. 研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测，数值计算 （1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三维性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均匀性 河道水流的水流结构：主流，副流，环流 二维明渠流速的分布规律：1.直线层，也成粘滞底层，切应力只有粘滞切力，流速按直线分布2.过渡层，粘滞切力与紊动切力同时存在，流动是层流和紊流的过渡区，该层没有统一的流速分布公式，近似按直线层或对数层公式计算3.对数层，切应力主要是紊动切应力，流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间，切力主要是紊动力，流速分布常以缺速公式表示，故也称缺速区。流速分布要受上部边界影响，与边壁糙率也有一定关系。 河道水流阻力分解图：见ppt1 76页 明渠二维流的阻力损失表达方式：见ppt1 77页 （3）按运动状态分，泥沙的运动形式有：（床沙），推移质、悬移质 泥沙交换现象： 推移质泥沙运动特点：间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点：速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能 冲泄质：河流挟带的泥沙中粒径较细的部分，且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。 床沙质：河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。 两者主要区别：1.前者是非造床质泥沙，后者是造床质。2.前者粒径较小，后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件，还与河段上游流域供沙条件有关。 推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别：前者按运动方式分；后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。 异重流：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小的重度（密度）差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性的掺混现象的运动。 异重流主要特征：（1）异重流的重度差很小，重力作用小，惯性作用大（2）具有翻越障碍以及爬高的能力 （5）泥沙悬浮机理：含沙量具有上稀下浓的沿垂线梯度。 泥沙悬浮扩散理论：基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布的理论 重力理论：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。 推求悬移质含沙量沿垂线分布规律有哪些方法：1.Rouse 公式2. 张瑞瑾公式3重力理论——维利卡诺夫公。. Rouse 方程及其中悬浮指标Z 的意义和如何计算：z a a h a y y h S S ??? ? ??-?-=，*=kU z ω，实际代表了重力作用与紊动扩散作用的相互关系
河流动力学概论(清华版)习题
河流动力学概论(清华版)习题 第二章 1. 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么？为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径？ 答： （1）等容粒径为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。如果泥沙颗粒的重量W 和容重γs （或体积V ）可以测定，则其等容粒径可按下式计算： 113 3 66n s V W D ππγ????== ? ????? （2）如果泥沙颗粒较细，不能用称重或体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定 其筛分粒径。设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1＜D ＜D 2。 （3）对于粒径小于0.1 mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密谋相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径。 （4）对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a ，b ，c 表示。可以设想颗粒是以通过中轴筛孔的，因此筛析所得到的颗粒的中轴长度b 。对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式： ()13 b ab c = 即中轴长度接近（实测结果为略大于）三轴的几何平均值。如果把颗粒视为椭球体，则其体积为 6 V abc π = 等容粒径为 ()11 3 36n V D abc π??== ??? 因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径（颗粒恰好通过的孔径）接近于它的等到容粒径。 2. 100号筛的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法做粒径分析？ 答：查表2-2知100号筛的孔径是0.149 mm ，当泥沙粒径小于0.1 mm 时就必须用水析法做粒径分析。 3. 什么是颗粒的形状系数？ 答：有时采用形状系数（shape factor ）来综合表示颗粒形状特点，定义如下： SF = 4. 密度、容重、干容重在概念上有什么区别？ 答：
《河流动力学》试卷(B)
２００６—２００７学年度第１学期 2004级水利水电工程专业 《河流动力学》课程试卷 注意事项：1. 考生务必将自己姓名、学号、专业名称写在指定位置； 2. 密封线和装订线内不准答题。 一、填空题：（每小空1分，共20分） １．河流动力学是研究冲积河流在以及所发生的变化和发展规律的一门科学。 ２．动床情况下，作用于河底的床面阻力一般包括和 两种。其中，只有一部分对沙波的形成（也即对推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的。 ３．Froude数是明渠水流在某特定断面上的和 的对比，决定了水流的流态。 ４．推移质运动可以分为、 及三种。悬移质运动可以分为和 两种。
５．要研究泥沙运动规律，首先应了解泥沙的基本特性，它包括： 、 及 ，此外，还有对于细颗粒泥沙而言的 ，和对于粘性土壤而言的 。 ６．河流中运动着的泥沙，根据其运动状态的不同，可以分为 、 及 三种运动形式。 二、判断题：（每小题2分，共10分） １．河流的变化和发展是水流与河床相互作用的结果。 ( ) ２．利用筛析法所得的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径。 ( ) ３．泥沙的水下摩擦系数对分散颗粒而言，一般随着粒径的减小而减小。( ) ４．泥沙颗粒在静水中下沉时，其周围水体的绕流状态与沙粒的雷诺数Re D 有关。 ( ) ５．所有的泥沙颗粒都以一定的转移概率分别经历推移质、悬移质和床沙这三种运 动形式。 ( ) 三、名词解释：（每小题5分，共25分） １．中值粒径D 50：
２．泥沙的孔隙率： ３．泥沙的沉速： ４．比表面积： ５．稳定渠道最优断面： 四、简答题：（每小题10分，共20分）１．试述在泥沙的沉降过程中，绕流的状态及其判别方式。 ２．试述推移质和悬移质之间在物理本质上的区别。
河流动力学复习
第一章绪论 考核内容为学科的发展概况、课程的内容及学习任务。 1、了解河流动力学发展的历史；认识水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系。 2、了解水流运动与泥沙运动的重要性； 3、理解课程的任务与特点； 4、了解课程的主要内容。 考核知识点： 1、河流动力学的任务 2、水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系 3、河流动力学的研究方法及特点 第二章河流动力学基本概念 考核内容为河流动力学基本概念 1. 河道水流的基本特性:二相性、非恒定性、三维性、非均匀性 2. 水沙运动的不平衡性 3. 河道水流的水流结构及阻力损失 考核知识点： 1、河道水流的基本特性 2、河道水流的水流结构及阻力损失 第三章泥沙特性 考核内容为泥沙的分类、泥沙的来源、泥沙的几何特性及泥沙的重力特性。 1. 泥沙的分类 2. 泥沙几何特性：粒径，级配曲线，特征值 3. 泥沙的重力特性：含沙量、浑水容重 考核知识点： 1、泥沙的分类 2、泥沙的几何特性及重力特性。 第四章泥沙的沉速 考核内容为泥沙沉速的定义、沉降过程中的三种状态、沉速公式、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。 考核知识点： 1、泥沙沉速的定义、沉速公式 2、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。 第五章泥沙的起动 考核内容为泥沙起动的物理机理，泥沙起动的物理现象及受力分析。 考核知识点： 1、均匀沙起动条件：力的表达式，散体及粘性泥沙的统一起动流速公式， 2、散体泥沙的起动拖曳力公式，止动与扬动流速。 第六章沙波运动与动床阻力 考核内容为沙波运动规律与动床阻力计算。 1. 沙波形态与运动状态，沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波尺度及其运行速度,推求推移质输沙率，沙波运动对河流的影响。 2. 动床阻力：河床与河岸阻力划分，沙粒与沙波阻力的划分，动床阻力的计算。 考核知识点： 1. 沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波运动对河流的影响。
河流动力学复习要点
《河流动力学》复习要点 注意： 1.除下文中明确要求掌握的定义、公式和推导过程外，其他公式不需死记硬背。 2.对于类似于“雷诺数”这样的概念，除需掌握其定义式外，还需掌握其物理含义。 第1章：绪论 要求掌握的定义和原理：河流动力学研究内容；研究方法；与港口航道工程的关系。 第2章：水流的紊动 要求掌握的定义和原理：层流；紊流；雷诺数；紊动应力；粗糙高度K s；应对近壁流层厚度δ、对数流速分布公式(式2-20)、指数流速分布公式(式2-28)、图2-16 较为熟悉（另见P.44）。 （本章以基于理解的了解为主，大部分不需死记硬背） 第3章：泥沙特性 要求掌握的定义和原理：粒径的三种不同定义；粒径频率与级配曲线（含义）的关系；粒径分布特征值的不同定义与计算方法；分选系数（含义）；孔隙率；细颗 粒絮凝现象的表面电化学解释（双电层及絮凝的形成）；密度和容重的不同单位及 适用范围；干容重与水下休止角的概念；泥沙的沉速；沙粒雷诺数Re*定义式； 泥沙不同沉降形式的流态特征；沉速的影响因素。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9圆球Stokes公式； 9圆球紊流区公式； 9圆球过渡区公式（即通式）。 第4章：推移质运动 要求掌握的定义和原理：推移质和悬移质；两者区别及交换；泥沙的起动条件及表达方式；圆球颗粒起动的三种方式；Shields曲线特点；粘性泥沙颗粒起动的特 点。Shields数定义式；泥沙止动条件；泥沙扬动条件；沙波床面形态发展阶段； 床面阻力和河岸阻力；沙粒阻力与沙波阻力；分割水力半径的物理意义；分割能 坡的物理意义。推移质输沙率及单宽推移质输沙率的定义；对于均匀沙的推移质 输沙率，有哪些研究途径，各种研究途径的的基本思路如何。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滑动起动的临界条件表达式； 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滚动起动的临界条件表达式； 9对于均匀沙情况，采用不同研究途径建立的推移质输沙率公式中，各表达了何种物理含义。 第5章：悬移质运动 要求掌握的定义和原理：床沙质和冲泻质及其划分；紊动扩散作用；施密特方程； 悬移质含沙量定义；悬浮指标表达式及其数值的含义；Rouse方程假定不足及适用
河流动力学 复习题
泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动 滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2*U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。U C C KU = ,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。
河流动力学作业
作业一 1. 有一（1=0.Im,从水深li=10m 的水面抛入7K 中，水的流速若不考 虑动水流动的影响，求卵石沉到河底的水平距离？ 解：d=0.1m=100mm>2mm,^用沙玉清紊流区公式 co=l.14 J —_ gd = 1.14 ^1.65x9.8x0.1 = 1.45 in /s s=ut=lx6.90=6.90 m 故卵石沉到河底的水平距离为6.90m. 2. 什么是泥沙沉速？球体的沉逮与等容泥沙的沉速是否相同？为什么？ 答：单颗粒泥沙在足够大的静止清水中等速下沉时的速度，称为泥沙的沉速。球体的 沉速与等容泥沙的沉速不相同。因为泥沙的形状复杂，沉降中受到的阻力较球体沉降 阻力大，同粒径的沉速有所减小。 答：当水质中含有较多的细颗粒泥沙，特别是含有复奈化学成分时，泥沙不再以单颗 粒的形式下沉，而是结成一团下沉，这种现象称为絮凝现象。影响泥沙絮凝作用的因 素包括泥沙粒径、矿物成分.含沙量及水质等。 4.试比较岗恰洛夫、沙玉清.弓瘵瑾的泥沙沉速公式，说明在层流.紊流.过渡区中 泥沙沉速的计算公式有何不同？如何判别层流、紊汛 过渡区这三种绕流状态？ 答：比较岗恰洛夫、沙玉清和张瑞瑾的泥沙沉速公式可得，三者在层流区的计算公式 形式一样，其中岗恰洛夫和沙玉清的公式完全一致，阻力系数Cd 都取的"24,而张瑞 瑾取的1/25.6。三者在紊流区的泥沙沉速公式形式也完全一致，仅阻力系数取值不一 样，最后简化而得的岗恰洛夫公式为3=1. 06可号1皿，抄玉清公式为 3= 1.14J 牛绻，张瑞瑾公式为3=1.04寸牛匕如 三者在过渡区的公式差异最 大，岗恰洛夫对比了滞流区沉速公式的结构形式，认犬过渡区公式几个变量的方次应 该介于滞流区和紊流区之间，取的d 的方次为1,比工的方次为2/3八的方次由-1逐 Y 2/3 1/ _ 1/ 渐増至0,最后取过渡区沉速公式的结构形式为3邙务（节丄严d, R 为无量纲系 数，是表征粒径和温度变化改变粘滞性影响的一个附加因素；沙玉清在研尢过渡区泥 沙沉降规律时引逬了两个新的判数，即沉速判数S 。和过渡区粒径判数4两者均为沙 粒雷诺数R”的函数，只要找岀两个判数之间的关系即可从d 求岀3,而无须进行试 算，从而沙玉清沉速公式为也山+ 3.790 Sig "577?亠39。张瑞瑾在研究泥沙的 静水沉速时认为过渡区的阻力既有粘滞力的特点，也有=6.90 s 什么是絮翩 象？影响絮擬的因素有哪些? 10 145
河流动力学作业三
《河流动力学》课程报告专题三：悬移质 1 概述 悬浮在水中并在水流方向与水流以同样速度前进的泥沙称为悬移质。悬移质与推移质有诸多不同，这种概念划分本身有一定实际意义。悬移质的运动特征相关的部分，将讨论紊动的猝发性质以及泥沙的悬浮过程，然后讨论泥沙的扩散方程以及悬移质含沙量的垂线分布。悬移质的输沙率有爱因斯坦等人提出的若干公式。此外也会讨论到不平衡输沙问题。 2 悬移质的基本概念 2.1 悬移质 河流中流速的继续增加使紊动进一步加强，水流中充满着大小不同的漩涡，这时泥沙颗粒在自床面跃起的过程中有可能遇到向上的漩涡，被带入离床面更高的流区中。一般说来，不但漩涡的向上分速必须超过沙粒的沉速，而且漩涡的尺寸也一定要比沙粒大得较多，才能带走泥沙。可以看出，泥沙的传递主要是大尺度紊动的作用。 悬浮在水中并在水流方向与水流以同样速度前进的泥沙称为悬移质。由于泥沙的悬浮需要从紊流中取出一部分能量，这样，一方面紊动的作用造成了泥沙的悬浮，另一方面悬移质的存在又反过来削弱紊动的强度。泥沙的悬浮是大尺度紊动的作用的另一重要意义在于：这一过程说明床面的泥沙是经过以跃移质为媒介，然后转化成为悬移质的。 2.2 悬移质与推移质在物理本质上的区别 推移质与悬移质之间存在交换，但也有一些物理上的区别。主要有以下三点： （1）运动规律不同。 （2）能量的来源不同。推移质直接消耗水流的能量，而悬移质所需能量则是取自水流紊动的动能。 （3）对河床作用的不同。悬移质增加了水流的单位容重，加大了水体的静水压力；推移质则增加了河床表面的压力，加大了河床的稳定性。他们一个影响河床颗粒间的水体，一个则直接影响河床颗粒本身。 2.3 划分推移质和悬移质的实际意义 从河床稳定性考虑，沙波的发展消长与当地的泥沙运动及床面附近流速间的相位差关系很大。在以推移运动为主时，这个相位差为正值，河床是不稳定的，会形成一系列的沙垄；以悬移运动为主时，这个相位差为负值，河床式稳定的，不会形成沙波。 又如在河流的弯道，环流的存在使推移质运动的方向与悬移质有很大不同，前者受横比降的影响很大，后者则基本上沿主流下泄。这直接关系到床面泥沙的分选、凸岸边滩的形态以及河型的形成。 发生沉积的环境中，挟沙水流进入水库以后，推移质多淤在尾部段，而悬移质则成为顶坡段和前坡段的主体。 3 悬移质运动
河流动力学课后习题答案第一章
1.1试分析人工或天然水系中所谓的“死水”或“活水”是否属于动态系统。它们是封闭系 统还是开放系统？举例说明本校园内的人工河流、湖泊属于何种系统？ 答：“死水”或“活水”属于动态系统，“死水”是封闭系统，“活水”是开放系统。校园内的人工河流、湖泊与外部环境既交换热量又交换物质，是开放系统。 1.2若一个封闭水体与外部环境只有能量交换（太阳能辐射），而没有物质交换（水量的流 入流出），试分析水体的演变趋势。考虑两种初始条件：①水体十分纯净，没有任何营养物和微生物；②受到污染的水体，有大量污染物和微生物存在。 答：①水体十分纯净，封闭的水体不会发生变化。 ②受到污染的水体，有大量污染物和微生物存在。在水体中会有微生物大量繁殖，水体 会进一步污染恶化。 1.3仿照图1-1的例子，试举出更多的实例什么是不稳定、亚稳定和平衡状态。 答：一个圆锥体，以其尖端竖立在一个平面上，这些物体都处于不稳定状态。翻倒后，处于亚稳定状态，一直要等到它们的重心相对地取得最低位置时，这些物体才会静止不动处于稳定状态。 1.4简要说明水文系统所包含的子系统，并指出我国大陆地区常见的子系统。 答：水文系统包含：1、大气层-海洋系统2、坡面系统3、海岸线系统4、河流系统5、冰川系统6、地下水系统7、风成沉积系统 常见的有1、大气层-海洋系统2、坡面系统3、海岸线系统4、河流系统6、地下水系统7、风成沉积系统 1.5在泥沙问题的研究中所采用的时间尺度有几种？它们适用于什么学科和什么问题的研 究？ 答：三种。 地质学时间尺度以百万年计，研究地质旋回过程。 现代河流地貌学时间尺度为数十年至数十万年，研究侵蚀旋回。 工程学时间尺度为数天至数百年，降雨和水流与流域坡地、河道边界或人工建筑的相互作用及相应的演变过程。
河流动力学作业参考答案
第一次作业参考答案——第二章 2.2 100号筛孔的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法作粒径分析答：1）根据N 号筛的定义：1英寸内有N 个孔就称为N 号筛。1英寸=25.4mm.。可知如果网线直径为D ，则N 号筛的孔径计算公式如下: (25.4－D ×N)/N=25.4/N-D 但本题并没有给出100号筛的网线直径，无法用公式进行计算。经查表可得，100号筛孔的孔径为0.149mm （表2-2）或是0.147mm （表2-4）。 2) 对于粒径小于0.1mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须采用水析法作粒径分析。 注：第一问因为筛的网线直径可能不一样，所以以上两个答案都正确 2.5什么是级配曲线？给出中值粒径，算术平均粒径，几何平均粒径的定义或定义式？ 答：1）在仅以横轴采用对数刻度的坐标上，以粒径为横坐标，以小于粒径D 的重量百分比即小于该粒径D 的泥沙颗粒重量在总重量中所占比例为纵坐标，点绘数据连成的曲线，称为累计频率曲线，亦称级配曲线。 2）中值粒径即累积频率曲线上纵坐标取值为50%时所对应得粒径值。换句话说，细于该粒径和粗于该粒径的泥沙颗粒各占50%的重量。 3）算术平均粒径即各组粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值，计算公式为 ∑=??= n i i i m p D D 1 100 1 4）几何平均粒径是粒径取对数后进行平均运算，最终求得的平均粒径值。计算公式为 ) ln 100 1 ex p( 1 ∑=??=n i i i mg p D D 注：关于级配曲线的定义错的比较多，并不是以粒径的对数或是负对数为横坐标，也不是 按几何级数变化的粒径尺度为分级标准……只要跟上述表达的意思一致都为正确答案。 2.6某海滩的沙粒粒度范围是 1.4 3.6φ=-，试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围 解：因为D 2log -=Φ，其中D 为颗粒粒径，所以可得到2D φ -= 3789.0224.111===-Φ-D ，0825.0226.322===-Φ-D 所以颗粒的粒径范围为0.083mm-0.379mm 。 注：此题不要忘记单位 第二次作业参考答案——第二章 2.21 动床模型中常采用量瓶法测量浑水浓度？量瓶的容积约为1000cm 3,每次使用前需在当时水温下精确测量其容积。已知某次测量数据为：水温20℃，空瓶的质量为11 3.0g,空瓶加清水的质量为1146.14g,空瓶加浑水的质量为1149.42g,滤出瓶中浑水中的沙样烘干后得 沙的质量为52.99g 。已知模型沙的颗粒容重为1.065gf/cm 3 , 20℃时清水的容重为0.9982 gf/cm 3 ，试求量瓶体积，沙样固体的体积，浑水的体积比和质量比浓度。 解：水温20℃时，清水的重量为W=1146.14-113.0=1033.14gf
河流动力学 闭卷
泥沙级配曲线 粒配曲线：表示天然沙组成特性的曲线 .绘制过程：取样→烘干→筛分→称重→点线→求各种特征值 （1）取样筛分，获取各粒经组D i 泥沙的重量； （2）统计出小于和等于各粒经D i 的沙重，并算出其占总重的百分比p i； （3）准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格，纵坐标是普通分格)； （4）以粒经D i 为横坐标(对数坐标，从大到小)，小于和等于粒经D i 的沙重百分比p i为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。 .曲线坐标：半对数坐标 粒配曲线反映的特性： ⑴可反映沙样颗粒的大小和范围； ⑵可反映沙样组成的均匀程度。 沙样的特征粒径（中值粒径d50与算术平均粒径d m关系？）粒径：单个泥沙颗粒的大小 1、等容粒径：体积相当的球体直径； 3 1 3 1 6 6 ?? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? = s W V D πγ π 粗颗粒
2、平均粒径： ? 算术平均：()3/c b a D ++= ? 几何平均；3abc D =粗颗粒 2、筛分粒径：刚好能通过筛孔的粒径；停留在D1，通过D2的平均粒径；细颗粒 3、沉降粒径：粒径小于0.1mm 。如：比重计法、粒径计法、吸管法等。 沙样组成(群体性)： (1)代表粒径：中值粒径:d 50：级配曲线中p=50%对应的粒径。 算术平均粒径: Dm ，几何平均粒径dmg 100 1 ∑== n i i im m P D D （2）非均匀特性：拣选系数φ和均方差σ（几何标准偏差） 2575D D =? ??? ? ??+=1650508421D D D D σ 泥沙淤积物干容重的概念？影响淤积物干容重的因素? 泥沙的重力特性： 一、泥沙的容重与密度 1、定义s γ：泥沙颗粒单位体积的重量(T/m 3、KN/m 3)。 s s V Ws = γ 密实不含空隙的体积 2、常见值范围：＝2.55～2.75T/m 3，通常取平均值s γ＝2650kg/m 3。 3、有效比重：泥沙水下比重与水的比重之比，为无量刚值，a ＝1.65。 γ γ γ-= s a 水的比重＝1 000kg/m 3 二、泥沙淤积物干容重' γ 沙样烘干后（100-105℃的重量与原状沙样体积的比值。也称干密度' s ρ。由于泥沙颗粒存在 孔隙，干容重一般小于个体颗粒的容重。在分析河床冲淤变化时，泥沙冲淤的重量必须通过泥沙的干容重换算为泥沙冲淤体积。干容重变化为300～1700kg/ m 3，变化范围较大。 影响干容重的主要因素有：粒径，淤积历时，埋藏的深度和环境等。 浑水容重γm 与含沙量的关系？
空气动力学课件
流体力学Fluid Mechanics 第一部分 张震宇 南京航空航天大学 航空宇航学院
简介 ?空气动力学(Aerodynamics) ?课程类别：必修课 ?面对航空类本科生的专业基础课程?42学时
第一部分课程结构 ?预备知识 ?偏微分方程、微积分、矢量分析、场论 ?守恒律、热力学定律 ?基本原理 ?空气动力学、流体力学 ?无粘不可压流动 ?Bernoulli 方程、位流理论、基本解、K-J定理?无粘可压流动 ?热力学定律、等熵流动、激波理论、高速管流
第二部分课程结构（此处从略）?低速翼型理论 ?几何特点、K-J后缘条件、薄翼型理论 ?低速机翼气动特性 ?B-S定律、升力线（面）理论 ?亚音速空气动力学 ?小扰动线化理论、薄翼型（机翼）气动特性 ?超音速空气动力学 ?薄翼型线化理论、跨音速流动、高超音速流动 ?计算流体力学（CFD） ?网格生成、控制方程解算
背景阅读 ?徐华舫，《空气动力学基础》，北航版?H. Schlichting, Boundary layer theory ?J.D. Anderson, Introduction to Flight ?E.L. Houghton & P.W. Carpenter, Aerodynamics for Engineering Students ?G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics ?D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics ?https://www.wendangku.net/doc/0117148165.html,/
(完整版)河流动力学三基试题参考答案
河流动力学三基试题参考答案 一、基本概念 1.泥沙输移比：某流域出口控制站实测的河流泥沙总量St与该流域的地表物质 侵蚀总量Se之比，称为泥沙输移比。 2.推移质：泥沙以群体形式运动时，以滚动（包括层移）、跃移形式运动的颗粒 统称为推移质。 3.悬移质：把悬浮在水流中，基本上与水流以相同速度作悬移运动的泥沙统称 为悬移质。 4.高含沙水流：是指水流挟带的泥沙颗粒非常多，含沙量很大，以至于该挟沙 水流在物理特性、运动特性和输沙特性等方面基本上不再像一般挟沙水流那样用牛顿流体描述。 5.异重流运动：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小 的重度差异，如果其中一种流体沿着交界面方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混现象的运动。 6.泥沙的水下休止角：将静水中的泥沙颗粒堆积起来，其堆积体边坡形成的稳 定倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下休止角。 7.含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占的比例，一般有重量含沙量和体 积比含沙量。 8.等容粒径：与泥沙颗粒体积相同的球体直径。 9.中值粒径D50：累计频率曲线上纵坐标取值为50%时所对应的粒径值。 10.算术平均粒径D m：各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值。 11.风化作用：岩石和矿物在地表环境中，受物力、化学和生物作用，发生体积 破坏和化学成分变化的过程，称为风化作用。 12.泥沙的沉速：泥沙在静止清水中沉降速度达到恒定极限速度时，对应的沉速 叫做泥沙的沉速。 13.泥沙的干容重：一般把单位体积沙样干燥后的重量称为干容重。 14.泥沙的容重：泥沙颗粒的实有重量于实有体积的比值（即排出空隙率在外）。 15.推移质输沙率：在一定水力、泥沙条件下，单位时间内通过过水断面的推移 质数量称为推移质输沙率，用G b表示，单位一般用kg／s或者t／s。 16.泥沙的起动：设想在具有一定泥沙组成的床面上，使水流的速度由小到大逐 渐增加，直到使床面泥沙(简称床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。 17.泥沙的起动条件：泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件称为泥 沙的起动条件。 18.起动拖曳力：当用水流剪切力来表示泥沙启动条件时，称为起动剪切力或起 动拖曳力。 19.沙波：当推移质运动达到一定程度时，河床表面就会出现起伏不平但又比较 规则的波状起伏，称为沙波。 20.床面阻力：水流作用于床面的全部剪切力。 21.沙粒阻力：在水流作用于床面的全部剪切力中，只有一部分直接作用于颗粒 上，引发推移质的运动和床面形态的变化，这部分剪切力即所谓的沙粒阻力，也称表面阻力，是沙波迎水坡面上泥沙颗粒产生的阻力。 22.沙波阻力：也称形态阻力，是沙波背后水流分离，形成漩涡而产生的阻力， 它随着沙波的形态和尺度而改变。