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明渠中悬移质的弥散-对流方程及悬浮机理
  • ISSN号:0459-1879
  • 期刊名称:力学学报
  • 时间:2013.1.18
  • 页码:83-93
  • 分类:TV142.3[水利工程—水力学及河流动力学]
  • 作者机构:[1]水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,清华大学水利水电工程系,北京100084
  • 相关基金:国家自然科学基金(51039004)和十二五科技支撑计划(2012BAB05B01)资助项目.
  • 相关项目:非均匀泥沙输移的基础理论
中文摘要:

悬移质泥沙通常构成冲积河流总输沙量的主体,研究悬移质的悬浮机理具有重要的意义.以双流体模型为基础,通过引入弥散速度的概念,建立了悬移质泥沙的输沙方程以及泥沙扩散系数的本构关系.应用该方程分析了二维明渠均匀流中悬移质泥沙浓度垂向分布规律,并与Einstein和Chien的泥沙浓度实验资料及经典扩散理论进行了对比.以此为基础,分析了紊动扩散、颗粒自身的紊动、颗粒碰撞应力对泥沙悬浮的影响在垂向上的变化,以及浓度、粒径等对这些因素的影响.结果表明,泥沙颗粒在明渠紊流中的扩散是浑水的紊动扩散、颗粒自身的紊动、颗粒碰撞应力3部分不同机制共同作用的结果,把泥沙颗粒的悬浮简单归因于水流的紊动是不全面的.

英文摘要:

The suspended sediment usually occupies a large portion of the total load transported by streams in large fluvial rivers. Therefore, it is of crucial importance to study the mechanism involved in the suspension of suspended sediment. In this paper, we derive an equation for suspended sediment transportation and the sediment diffusion coefficient based on the two-fluid model by introducing the concept of dispersion velocity, and apply the theory to calculate the concentration profiles of uniform two-dimensional open channel flows. Comparisons with the experimental data from Einstein and Chien and classical diffusion models are also presented, which show that present theory agrees well with the experimental data. In addition, we analyze the variations of influences of different effects contributing to the suspended sediment in the vertical direction. It is found that the suspension of the sediment in open channels is the result of three different actions, which are the turbulence diffusion of mixture, particle turbulence, and particle collisional stress. The result also shows that it is insufficient to ascribe the sediment in suspension solely to the turbulence of the flow.

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期刊信息
  • 《力学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国力学学会 中国科学院力学研究所
  • 主编:魏悦广
  • 地址:北京市海淀区北四环西路15号中科院力学所内《力学学报》
  • 邮编:100190
  • 邮箱:lxxb@cstam.org.cn
  • 电话:010-62536271
  • 国际标准刊号:ISSN:0459-1879
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2062/O3
  • 邮发代号:2-814
  • 获奖情况:
  • 1992年首届自然科技期刊一等奖,1996年国家自然科技期刊二等奖,2000年首届国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:13332