(完整word版)河流动力学

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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R

e 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,

需要水流对泥沙做功将其托起。水流所做的这部分功称为“悬浮功”。按照威力卡诺夫的观点,水流提供的能量将分成两部分而消耗:一部分用于克服阻力损失,一部分用于提供悬浮功。重力理论正确地用考虑了水流挟沙对水流与泥沙垂向运动速度的影响;特别是正确地提出了悬浮功的概念。但是威力卡诺夫却错误的把悬浮功放到了时均水流的能量平衡方程式中去考虑。水流悬浮泥沙所消耗的是紊动动能,后者是水流为克服阻力已经消耗的能量。因此,悬浮功是阻力功的一部分,在时均能量平衡方程式中不应重复计算两次。

9.水流挟沙能力概念及影响因素。在一定水流与河床组成条件下,单位时间内能够通过河段下泄的沙量称为总输沙率;它是指河床处于不冲不淤平衡状态,水流能够输送的包括悬移质和推移质在内的全部沙量。也称水流挟沙力。这些条件包括水流总流的平均流速U、过水断面面积A、水力半径R、清水水流的比降J、浑水水流的比降Js、泥沙沉速ω水的密度ρ、泥沙的密度ρs床面组成等边界条件。

10.全沙输沙率概念,全沙测验与悬浮指标关系。把推移质输沙率与全部悬移质包括冲泻质在内的输沙率之和叫做全沙总输沙率。

11.河床演变原理。1输沙不平衡是产生河床演变的根本原因产生不平衡的原因可能有:进口水沙条件;出口侵蚀基点(包括侵蚀基面和水流条件如潮汐);河床周界条件如沙波运动。2河床具有自动调整作用:由输沙不平衡造成的变形在一定条件下往往朝着停止变形的方向进行。调整方向是从输沙不平衡向平衡的方向发展,通过改变河宽、水深、比降、床沙组成使挟沙力与来沙相适应,从而使淤积和冲刷向着其停止的方向发展。

12.造床流量概念与确定。造床流量是指其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当,对塑造河床形态起着控制作用的某一个流量。造床流量确定方法:平滩流量法(平滩水位法,实际工作中运动较广泛的方法);计算法(马卡维耶夫法),基本思路:某个流量造床作用的大小,既与该流量输沙能力有关,也与其持续时间有关。

13.河床横向稳定及纵向稳定。(所谓河床稳定性,是指随着流域来水来沙条件因时间的变化,河流所表现出来的局部的暂时的,相对变异幅度,而不是指一条河流是否正处于相对平衡状态)横向稳定系数决定河岸稳定性的主要因素是其土壤的抗冲能力,抗冲能力愈强,则河岸愈稳定。其次是滩槽高差。在河岸土壤抗冲能力相同的条件下,滩槽高差愈大,则冲开同一宽度须带走的土方量愈大,因而需要的时间也愈长,河岸也愈稳定。河床的纵向稳定性决定于泥沙抗拒运动的能力与水流对泥沙作用之间的对比关系。

14.弯道环流分析。由于水柱上各点的纵向时均流速u是从水面向河底逐渐减小的,因此所受的离心力自然也是从水面向河底逐渐减小。而由水面横比降产生在同一单位水柱体上各点所受到的压力差(P2-P1),即则是自水面向河底均匀分布的。其结果就形成表层水流流向凹岸,底层水流流向凸岸的封闭的横向环流。这一环流叠加在主流上,使水流呈螺旋式运动。横比降通常在弯道顶点附近达最大值,向上下游两方向逐渐减小。

15.河流动力轴线(主流线)。水动力轴线为河段中沿流程各断面最大垂线平均流速所在位置的连线,亦称主流线。它反映了水流最大动力所在位置,对河床演变有重大影响。

16.影响河床演变的主要因素。①河段的来水量及其变化过程②河段的来沙量、来沙组成及其变化过程③河段的河谷比降④河段的河床形态及地质情况。

17.平原(冲积)河流的河型。弯曲河道、分叉河道、顺直(微弯)河道、游荡河道。

18.弯曲河道的水流运动,一般演变特性。弯曲型河流也有称为蜿蜒型河流的,它不但具有迂回曲折的外形,而且还具有蜿蜒蠕动的动态特征。弯道水流的动力特征,决定着泥沙运动的性质,从而决定了弯曲河流的演变特性。弯道水流不同于直道水流,弯道上的水流做曲线流动,由于离心力的作用使水面产生横比降,同时表层水流流向凹岸,而底层水流则由凹岸流向凸岸,形成一封闭的环状水流,这种环状水流与纵向水流相结合形成螺旋流。

19.游荡河道演变特性。其一般形态:河身宽浅,河中沙滩密布,汊道众多,水流散乱,主

流摆动不定。①多年平均情况下,河床不断淤积抬高,形成“地上河”②年内的冲淤变化,一般是汛期主槽冲刷,滩地淤积,而非汛期则相反③沙洲移动迅速,河道外形经常改变,冲淤变化幅度极大④主槽经常摆动,而且摆动的速度和幅度都很大。

20.异重流概念。指两种密度相差不大、可以相混的流体,在条件适宜时因密度差异而产生的相对运动;在运动过程中,各层流体能基本保持原来的面貌,不因交界面上存在的紊动掺混作用而发生全局性的混合现象。

21.异重流基本特征。重力作用大大减弱;惯性作用相对突出;阻力作用明显增强。

22.泥沙启动概念。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。

23.泥沙起动希尔兹曲线反映的泥沙起动特性。曲线为马鞍形-在沙粒雷诺数为10附近,亦即近壁层流层厚度与床沙粒径接近时,泥沙最容易起动,这时有 曲线最低点;床面处于光滑区时,泥沙受近壁层流层的隐蔽作用,需要更大的拖拽里才能使之运动,沙粒雷诺数<2,曲线成为一条45°的斜线, 亦即启动拖拽力与泥沙粒径无关;沙粒雷诺数>10,近壁层流层不起隐蔽作用,随着粒径加大,泥沙重量增大,加强了泥沙颗粒的稳定性,使起动拖拽力亦相应加大,在沙粒雷诺数>1000后, 为常数。

24.起动流速概念与计算,止动流速概念,两者比较。用水流垂线平均流速来表示的叫起动流速。泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态时的临界垂线平均流速。止动流速必小于起动流速

25.沙波发展主要的阶段。静平整;沙纹;沙垄;过渡;动平整;沙浪;碎浪;急滩与深潭。

26. 沙波运动对阻力影响。天然河流中沙波的发生、发展及其形态变化,对河道阻力损失的影响是很大的,这是由于在波峰下游面往往形成平轴漩涡,从而助长紊动,大的沙波是形成大尺度紊动的根源之一,而大尺度紊动将直接影响水流的阻力损失。

27.床面阻力与河岸阻力划分方法。水力半径分割法、能坡分割法。

28.悬沙垂线分布ROUSE 公式推导假设,缺陷。 挟沙水流的流速分布遵循对数分布规律,并取k=0.4;泥沙沉速不随y 而变;等于单个颗粒在无限静止水体中的沉速。 一是水面的含沙量恒等于零, y=H,s=0;二是床面的含沙量为∞,这当然与实际不符,y→0,s→∞;(缺陷的出现与假定有关。)

29.分汊型河道水流运动,演变特性。分流区的分离点高水下移,低水上提;存在环流。分流区水位,支汊一侧高于主汊一侧。汇流区水位,支汊一侧低于主汊一侧。两个高速区,中间低速区。分流区存在环流,有单项、双向、复杂。两侧含沙量大,中间含沙量小。最主要的特点是主汊、支汊的易位,其他如洲头、洲尾的冲淤,汊道的横向位移,各汊的纵向冲淤等。

30. 断面河相关系。处于平衡或准平衡状态的冲积河流,其河床形态与河床边界条件之间的关系为河相关系。同一断面相应于不同流量的河相关系,它能确定断面形态随流量变化的细节,称为断面河相关系。

31.悬浮指标概念及对含沙量垂线分布的影响,ROUSE 公式计算。它反应了重力作用与紊动扩散作用的相互对比关系。z 愈小,悬移质分布愈均匀;z 愈大则分布愈不均匀。()Z a S H y a S y H a -=-

*

z ku ω= 32.不平衡输沙概念。水流挟沙力不等于来沙量造成河床的冲或淤。其特点是含沙量沿程变化;有冲淤现象。

33.张瑞谨泥沙沉速公式分析思路与计算。思路:根据阻力叠加原理,泥沙颗粒下沉时所受的阻力和有效重力平衡。

1.层流区(Re d <0.5,常温下d<0.1mm )

γγω=0.039

γ2

s

d

g

v -

2.紊流区(Re d>1000,常温下d >4mm)

ω=

3.过渡区(0.1

ω13.95v d

34.泥沙运动分类。床沙:组成河床表面的静止泥沙,又称河床质。特点:静止、较粗;推移质:沿河床滑动、滚动及跳跃前进的泥沙。特点:运动间歇性、可与床沙交换、速度较水流慢(接触质、层移质、跃移质);悬移质:被水流携带、远离床面悬浮于水中运动的泥沙。特点:颗粒细,与水流速度基本相同。

35. 推移质、悬移质、它们的联系与区别。推移质与悬移质划分:悬移指数Z> 5,为推移质;推移质与悬移质的区别:运动规律不同:输沙率与水流的切力关系不同,输沙量不同。能量来源不同:推移质消耗水流的时均势能,增大阻力;悬沙来自紊动动能。对阻力是间接的。对河床作用不同。悬沙通过容重增大静水压力;推移质通过颗粒间离散力与河床作用。

36. 床沙质与冲泻质概念与特性。床沙质:对某一河段来说,较粗的悬沙及大部分推移质可以看成是来自相邻的上游段和本河段的河床是从床沙中被带起进入运动的泥沙,因此称为床沙质。冲泄质:较细的悬沙中的大部分及推移质中小部分是床沙中很少或几乎不存在的,它们起源于上游的流域冲蚀,是被水流长途挟带输送到本河段的。特性:1与水力条件的关系:,河段的床沙质输沙率和上游来沙量无关,只与本河段的水流条件有关,同时床沙质与河道的冲淤变化有密切的关系。冲泻质往往处于不饱和状态,它的含沙量大小主要决定于上游河段的来沙情况,而上游河段的来沙条件在很大程度上取决于流域内的地表冲蚀状况,所涉及的因素是复杂的。2床沙质和冲泻质在一定条件下可以相互转化。

☆为什么要划分?悬移质中粗颗粒的输沙率与水流条件之间有较好的关系,而细颗粒的输沙率与水流条件之间的关系往往比较分散,有时甚至不存在相关。悬移质中粗细泥沙在这些方面的差异关系到理论上和生产实践上一系列问题的处理,因此有必要把它们分别命名,以便区别。

河流动力学英语

水力学、河流动力学、流体力学专业词汇 Fundamental Glossary in Hydraulics Hydrostatics 水静力学Hydrodynamics 水动力学 Physical properties of water 水的物理性质Density 密度 Specific gravity 比重Kinematic viscosity 运动粘性 Absolute viscosity 动力粘性Elastic modulus 弹性模量 Surface tension 表面张力Temperature 温度 Isotropic (y) 各向同性Anisotropic (y) 各向异性 Uniform (ity) 均匀(性) Heterogeneous (ity) 不均匀(性) Main force 主要作用力Gravity 重力 Inertia force 惯性力pressure 压力(强) Drag 阻力Mass force 质量力 Surface force 表面力Constitutive relationship 本构关系 Stress 应力Strain 应变 Deformation 变形Displacement 位移 Normal 法向Tangent 切向 Shear 剪力Acceleration 加速度 Angular deformation 角变形 Local acceleration 当地加速度convective acceleration 迁移加速度compressibility 压缩性 continuity连续性 Scalar 纯量vector 矢量tensor 张量 magnitude 模(大小) direction 方向 Divergence 散度curl 旋度gradient 梯度 Source 源sink 汇 Frequency 频率amplitude 振幅phase 相位resonance共振 Mass conservation 质量守恒momentum conservation 动量守恒 energy conservation 能量守恒 Initial condition 初始条件boundary condition边界条件 Ordinal differential equation 常微分方程 partial differential equation 偏微分方程 Convection, advection 对流diffusion 扩散dispersion 弥散 decay 衰减degradation降解 Flow pattern流态flow type 流型 Laminar flow 层流turbulent flow 紊流 Supercritical flow 急流subcritical flow 缓流critical flow临界流 Rapidly varied flow急变流gradually varied flow渐变流 Uniform flow 均匀流non-uniform flow 非均匀流 Mainstream flow 主流wake flow 尾流 Steady flow 恒定流unsteady flow 非恒定流 One-dimensional flow 一维流two-dimensional flow二维流 three-dimensional flow 三维流 Single-phase flow 单相流double-phase flow 两相流 multi-phase flow 多相流

水力学及河流动力学研究展望

水力学及河流动力学研究展望 河流动力学的发展具有悠久的历史,但采用现代科学体系进行系统的研究则是20世纪才开始的。河流动力学是以流体力学、地学、海洋和环境科学等为基础的交叉学科,其趋势仍是采用各学科之长,在理论探索、科学实验和数学模拟等方面深入发展。 1研究发展趋势 展望河流动力学的研究,它应包含两个方面的内容,一是在传统理论张现代化量测技术的基础上,对已有的研究成果进行系统的总结、归纳和提高,对一些假定和近似处理给出更严密的论证,对一些经典的试验成果重新进行检验。二是开拓新的研究领域和研究方向,特别要注重与其它学科和最新的科学技术融会贯通。在上世纪的30年代至50年代,以Shields 曲线、Rouse悬沙公式、Meyer-Peter及Einstein推移质公式为代表,基本奠定了泥沙运动力学的理论体系,半个世纪以来,主要是进行补充和完善的工作,除在工程应用方面取得巨大的进展外,在理论体系上没有重大的突破。通过数十年来的理论积蓄和量测技术的时代跨越,有望在近些年内在理论体系上取得突破性进展,在试验科学上获得重大的成果。 1.1.1基础理论研究 河流动力学基础理论研究包括泥沙运动力学基本理论和河流过程原理及调整规律的研究。早在30年代,Rouse应用扩散理论导出了悬移质泥沙浓度分布公式,即扩散方程,它是进行输沙计算的基本方程。在现代两相流理论中,扩散模型只是宏观连续介质理论的一种简单模型。更一般的模型是双流体模型,两相流中关于固液两相流的基本方程、作用力分析及其应力本构关系的理论,极大地促进了泥沙运动力学理论的发展。但泥沙运动理论与固液两相流理论又有所区别,其内容更丰富,更独具创新性。悬移质、推移质、水流挟沙力、动床阻力等等都是一般两相流理论中没有的概念。这些概念是泥沙运动力学理论体系的基础,使得泥沙运动力学理论纰固液两相流理论更生动、更便于在生产实际中应用。悬移质和推移质输沙理论、非平衡输沙理论、水流挟沙力、床面形态和动床阻力等都是泥沙运动力学基础理论研究的重要内容,而且在80年代以前已经发展得比较成熟,之后除了引入固液两相流的双流体模型外,并没有重大的进展,许多理论研究是低水平重复。因此,该领域的理论研究应集中在两个方面: 1)对现有的理论成果或成果或公式进行认真总结,去伪存真,归纳提高。如钱宁(1980)关于推移质公式比较的研究堪称范例,几家著名的推移质输沙率公式尽管基于不同的理论,

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

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性:公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能,课程性质:必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述: 河流动力学是研究冲积河流在自然状态及受人工建筑物影响以后所发生的变化和发展规律的一门课程,主要学习泥沙起动、输移、沉积及河床演变的基本规律。本课程是港航专业的一门主要的专业基础课程;一方面,本课程以水力学和高等数学为基础,强调力学原理和分析方法对泥沙运动和河床演变分析的灵活运用;另一方面,还要考虑依赖野外观测和室内实验数据来建立经验公式,所以在学习过程中应重视知识的综合分析和综合运用。 2.设计思路: 本课程以理论讲授为主线,结合室内实验的方式进行(室内实验部分见河流动力学实验大纲)。课程内容包括2个模块:泥沙运动和河床演变。理论课以讲授和多媒体课件相结合的方式进行。 3. 课程与其他课程的关系 先修课程:高等数学,水力学。 本课程与这二门课程密切相关;而只有在前面二门课程的基础上,河流动力学的 - 3 -

教学才能达到较好的效果。 二、课程目标 本课程的目标是培养学生的工程观点和分析能力,达到华盛顿公约规定的国际工程师认证的标准,培养符合国家经济发展需要的工程技术人才。 (1)知识获取 掌握泥沙的基本特性;掌握推移质和悬移质运动的基本规律和力学机理;掌握我国主要河床演变的基本原理和分析方法;了解本课程领域的国内外最新发展动向及研究成果。 (2)思维方法培养 综合、系统分析的思维方法。 (3)能力培养 具有查阅规范、资料,分析解决实际河流泥沙工程的能力;具有一定的创新能力。 三、学习要求 河流动力学是一门涉及到理论和室内实验等内容的综合性课程,作为港航工程师,在校期间学习扎实的理论基础和熟练的专业技能。要达到以上学习任务,学生必须(1)按时上课,上课认真听讲,积极参与课堂讨论。 (2)课下做好相关预习、复习和作业完成工作。 四、教学内容 - 3 -

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,

水力学河流动力学词汇

Fundamental Glossary in Hydraulics 水力学及河流动力学词汇 Hydrostatics水静力学Hydrodynamics水动力学Physical properties of water水的物理性质 Density密度 specific gravity比重Kinematic viscosity 运动粘性absolute viscosity 动力粘性Elastic modulus 弹性模量surface tension 表面张力Temperature 温度 isotropic (y) 各向同性Anisotropic (y) 各向异性uniform (ity) 均匀(性) Heterogeneous (ity)不均匀(性) Main force 主要作用力Gravity 重力 inertia force 惯性力 pressure 压力(强) drag 阻力 Mass force 质量力 surface force 表面力Constitutive relationship 本构关系 Stress 应力 strain 应变 deformation 变形displacement 位移 normal 法向 tangent 切向 shear 剪力 acceleration 加速度 Angular deformation 角变形Local acceleration 当地加速度convective acceleration 迁移加速度 compressibility 压缩性continuity连续性 Scalar 纯量 vector 矢量 tensor 张量 magnitude 模(大小) direction 方向 Divergence 散度 curl 旋度 gradient 梯度 Source 源 sink 汇 Frequency 频率 amplitude 振幅 phase 相位 resonance共振 Mass conservation 质量守恒 momentum conservation动量守恒 energy conservation 能量守恒 Initial condition 初始条件 boundary condition边界条件 Ordinal differential equation 常 微分方程 partial differential equation 偏微 分方程 Convection, advection 对流 diffusion 扩散 dispersion 弥散 decay 衰减 degradation降解 Flow pattern流态 flow type 流型 Laminar flow 层流 turbulent flow 紊流 Supercritical flow 急流 subcritical flow 缓流 critical flow临界流 Rapidly varied flow急变流 gradually varied flow渐变流 Uniform flow 均匀流 non-uniform flow 非均匀流 Mainstream flow 主流 wake flow 尾流 Steady flow 恒定流 unsteady flow 非恒定流 One-dimensional flow 一维流 two-dimensional flow二维流 three-dimensional flow 三维流 Single-phase flow 单相流 double-phase flow 两相流 multi-phase flow 多相流 Irrotational flow 无旋流 potential flow 势流 rotational flow 有旋流 Open channel flow 明渠流 free surface flow 自由表面 流(明渠流) Pipe flow 管流 pressure flow 有压流 Jet 射流 plume 卷流(羽流) cross flow 横流 Stagnation point驻点 separation point分离点 Coherent structure相干结构 bursting猝发 turbulent intensity紊动强度 Boundary layer 边界层 viscous sub-layer粘性底层 displacement thickness排挤 厚度 mixing length混掺长度 Flow field, current field 流 场 flow net 流网 Submerged discharge 淹没出 流 unsubmerged discharge非淹 没出流 Renolds number雷诺数 Froude number 佛汝德数 Prandtl number普朗特数 Courant number柯朗数 Peclet 彼克雷特数 dimensionless number无量纲 数 Streamline 流线 path line迹线 V ortex line 涡线

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

河海大学水力学及河流动力学硕士生复试题

2005年《水力学及河流动力学》硕士研究生复试题 姓名成绩 一、填空题 1.在闸门局部开启时,随上游和下游水位的变化,过闸水流可能形成的流态有: ,,,。 2.过闸水流与下游水流的衔接形态根据 可分为,,。 3.根据下泄水流主流的相对位置,消能可分为、、 三种主要消能方式。 4.渗透破坏主要有、、、 。 5.避免渗透破坏的方法有:、、 、。 6.溢洪道布置形式有:、、 、。 7.拱形溢流坝下泄水流的主要特点是:, 。 8.高速水流常形成一些特殊的水力现象,例如: 。9.明渠水流流经河底障碍物时,若水流处于状态,则水面发生 ;若水流处于状态,则水面发生。 10.描述水流运动的三大基本方程是:, ,。 11. 建立推移质输沙率公式的指标可用:,, ,,。 12.按泥沙运动状态,可将泥沙分:,,。 13.冲积河流的河型有:,,,。 14.影响河床演变的主要因素是:,, ,。 15.影响泥沙沉降速度的因素主要有:,, ,,。 16.水流挟沙能力是: 。 影响水流挟沙能力的因素有和两类。 17.沙波按其产生和发展过程可分为:,,, ,等五个阶段。

18.用河宽、水深、流速与流量表示的横断面河相关系的表达式为 , , 。 19.水流动力轴线是 。 20.细颗粒泥沙具有双电层结构,其形成的束缚水由 和 组成。 二、问答题 1.简述明渠渐变流与急变流的水力特性。 2.底流消能率主要决定哪一个参数,若单宽流量增大,将对消能率产生何影响?请证明你的观点。 3.简述高水头、大流量条件下的泄洪消能布置方式。 4.分析水流掺气对生态环境的影响 5.何为河流的自动调整作用?若在河道上筑坝蓄水,坝下游河段将如何进行调整? 6.阐述弯曲型河道的演变规律。 7.比较泥沙的起动切力与起动流速的优缺点。 8.挟沙力公式m gR U k S )( 3 *ω =右边的物理意义?要率定系数k 和指数m , 需要收集哪些资料?运用该式时应注意什么问题? 9.现要在天然河道中布置取水工程,应收集那些资料,进行那些问题的分析? 10.图中有两球,已知21d d =,水深21H H >,流速21U U =,试问随着水流平均流速的增大,哪一颗球容易起动?为什么? H 2 d1 d2

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:

XX年《水力学及河流动力学》硕士生复试题

XX年《水力学及河流动力学》硕士研究生复试题 姓名成绩 试卷说明:填空题和选择题为必做题,问答题共8题,可任选4题。若考生选做超过 4题,则依所选题序,以前4题为准,以后各题均不计分。 考试时间:120分钟,总成绩:100分 一、填空题(每空0.5分,共18分) 1.按泥沙运动状态,可将泥沙分:床沙,推移质,悬移质。 2.冲积河流的河型有:顺直型,弯曲型,分汊型,游荡型。 3.影响河床演变的主要因素是:来水量及其过程,来沙量及其过程, 河谷比降,河床形态及地质条件。 4.边壁阻力和床面阻力的划分方法有两种,一是爱因斯坦的水力半径分割法, 根据此法,如将床面阻力进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力,则床面水力半径 R b 应等于'' ' b b R R+;二是能坡分割法,根据此法,如将床面阻力进一步划分 为沙粒阻力和沙波阻力,则床面比降J b 应等于'' ' b b J J+。 5.沙波按其产生和发展过程可分为:静平床,沙纹,沙垄,动平床, 沙浪等五个阶段。 6.过闸水流与下游水流的的衔接形态根据跃后水深与下游水深的关系可分为 淹没水跃、临界水跃和远驱水跃。 7.按照主流的相对位置,消能可分为:底流,挑流和面(戽)流三种主要消能方式。 8.明渠水流流经河底障碍物时,若水流处于急流状态,则水面发生 壅高;若水流处于缓流状态,则水面发生跌落。 9.渗透破坏主要有:管涌、流土、接触流失 和接触冲刷。 10.根据上游堰高对堰泄流能力有无影响,实用堰可分为高堰和低堰。 二、选择题(每选对1个给1分,共22分) 1、悬移质泥沙根据造床作用的不同,可划分为床沙质和冲泻质,床沙质与水流条

件 a ,冲泻质与水流条件 b 。 (a )关系密切; (b ) 关系不密切 (c ) 加阻 2、如果泥沙进入河道后一直保持悬移运动而输运入海,从不落淤到床面,则称其为___b___。 (a) 床沙质; b) 冲泻质; c) 悬移床沙质。 3、宽浅输水渠道底部为泥沙淤积形成的动床。不计边壁阻力,在其他条件都相同的情况下,当渠道底部有沙垄运动时,与渠道底部为动平整时相比,该渠道的水流阻力__a_______。 (a) 增加; (b) 不变; (c)减少。 4、作用于床面上的全部剪切力中只有一部分对沙波的形成(也即推移质的运动)直接起作用,这就是所谓的 a 。 (a) 沙波阻力; (b) 沙粒阻力; (c) 突然放大损失。 5、悬沙浓度分布公式的悬浮指标* u Z κω=,若泥沙容重和水流条件不变,则泥沙颗粒越粗,悬浮指标___a___。 (a) 越大; (b) 越小; (c) 不变。 6、描述水流运动的基本方程有 a 、b 、c : a) 连续方程;b) 动量方程;c) 能量方程; 7、工程上避免和减少空蚀破坏的措施有__a 、b 、c 。 a) 调整体型; b) 掺气; c) 使用抗空蚀材料。 8、在有压管道的管壁上开一小孔,如果没有液体流出,且向孔内吸气,这说明小孔内液体的相对压强_a___ 。 a) 小于零; b) 等于零; c) 大于零。 9、高速水流常形成一些特殊水流现象,如 a 、b 、c 等。 a) 掺气; b) 空化; c) 冲击波。 10、避免渗透破坏的方法有__a 、b 、c___ 。 a) 增大渗径; b) 降低渗透坡降; c) 降低出口渗透压力。 11、河相关系的表达式有 a 、b 、c 。 a )11βαQ B =, b )22βαQ H =, c )33βαQ U = 三、 问答题(任选4题,每题15分) 1. 沙粒在水中匀速沉降时,受到哪些力的作用?这些力与绕流状态的关系如何?(15分) 答:泥沙沉降主要受到沙粒的有效重力和绕流阻力作用。绕流阻力与绕流状态有关,泥沙沉降过程中有三种绕流状态:即层流沉降、过渡区沉降和紊流沉降。

《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。

2009年《河流动力学》硕士生复试题

2009年《河流动力学》硕士研究生复试题 (考试时间:120分钟,总成绩100分) 姓名成绩 一、填空题(17分) 1.按泥沙运动状态,可将泥沙分:,,。 2.冲积河流的河型有:,,,。 3.影响河床演变的主要因素是:,, ,。 4.边壁阻力和床面阻力的划分方法有两种,一是爱因斯坦的分割法,根据此法,如将床面阻力进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力,则床面水力半径应等于;二是分割法,根据此法,如将床面阻力 R b 进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力,则床面比降J 应等于。 b 5.沙波按其产生和发展过程可分为:,,,,等五个阶段。 6.细颗粒泥沙具有双电层结构,其形成的束缚水由和组成。7.按照泥沙的粗细和造床作用不同,悬沙可分为:,。 8.用河宽、水深、流速分别与流量表示的横断面河相关系的表达式为,,。 9.影响泥沙沉降速度的因素主要有:,, ,。 10.分汊型河道演变特性:,,。 二、选择题(22分) 1、悬移质泥沙根据造床作用的不同,可划分为床沙质和冲泻质,床沙质与水流条件,冲泻质与水流条件。 A 关系密切 B 关系不密切 C 加阻 2、如果泥沙进入河道后一直保持悬移运动而输运入海,从不落淤到床面,则称 其为______。 (a) 床沙质;b) 冲泻质;c) 悬移床沙质。 3、宽浅输水渠道底部为泥沙淤积形成的动床。不计边壁阻力,在其他条件都相 同的情况下,当渠道底部有沙垄运动时,与渠道底部为动平整时相比,该渠

道的水流阻力_________。 (a) 增加; (b) 不变; (c)减少。 4、作用于床面上的全部剪切力中只有一部分对沙波的形成(也即推移质的运动)直接起作用,这就是所谓的 。 (a) 沙波阻力; (b) 沙粒阻力; (c) 突然放大损失。 5、悬沙浓度分布公式的悬浮指标*u Z κω =,若泥沙容重和水流条件不变,则 泥沙颗粒越粗,悬浮指标______。 (a) 越大; (b) 越小; (c) 不变。 6、泥沙群体沉速的一般趋势是浓度越大,群体沉速_____。 a) 越大;b) 越小;c) 不变。 7、能够出现沙波消长现象的河道中,河床一般是____。 a) 粘土质; b) 卵砾质;c) 沙质。 8、如果河床质是非均匀的,在冲刷过程中将会发生的现象是_____。 a) 大颗粒被隐蔽;b) 小颗粒被暴露;c) 床沙粗化。 9、维持泥沙悬浮的原因是水流的紊动,也就是说,如果流动是_______,就肯定不会有悬移质泥沙运动。 a) 均匀流;b) 层流;c) 缓流。 10、 推移质泥沙运动的能量来源于_____。 a) 紊动动能; b) 水流势能; c) 悬浮功率。 三、 问答题(61分) 1. 沙粒在水中匀速沉降时,受到哪些力的作用?这些力与绕流状态的关系如何?(15分) 2.悬移质含沙量垂线分布ROUSE 公式存在的主要问题?悬浮指标(*u Z κω=)的物理意义?说明它对含沙量垂线分布的影响。(15分) 3、有一沉沙池,设计水深h =3.0 m ,来流流量为4.5 m 3/s, D=0.5 mm 。问: 1) 沉沙池至少应为多宽,才能使池中的平均流速不大于泥沙的起动流速? 2)泥沙颗粒从水面沉降到池底需要多长时间?(不计紊动和浓度对沉速的影响) 3)沉沙池至少应为多长,才能使来流中的颗粒都沉降在池底?(16分) (提示:沉速公式gD D D γγγννω —s 299+??? ??+-=,取ν=10-6m 2/s 临界起动流速公式: 6/114.1??? ??-=D h gD U s c γγ γ 4、.河床演变的基本原理?若在河道上筑坝蓄水,分析枢纽对下游河道的影响。(15分)

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