水流作用下泥沙起動實驗報告

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1、水流作用下泥沙起動實驗報告水流作用下泥沙起動實驗報告12水流作用下泥沙起動實驗報告12水流作用下泥沙起動實驗報告第一章實驗說明1.1實驗目的本實驗為配合河流動力學中水流作用下泥沙起動部分的教學而設置。通過實驗希望達到以下目的：1.學習在水槽中通過測量流速推算床面摩阻流速和表觀糙率的方法；學習水流作用下泥沙起動條件的測定方法，通過實際觀察泥沙的起動過程，加深對泥沙起動現(xiàn)象的感性認識；2.通過實驗儀器的操作，學會用螺旋流速儀測試流速的基本方法，提高動手能力；3.結合泥沙起動相關理論的學習，加深對泥沙起動理論的理解；4.提高數(shù)據(jù)整理、分析和實驗報告的編寫能力。1.2實驗要求1．實驗之前，預習泥沙

2、起動的相關理論，包括Shields理論、竇國仁公式及武水公式。2．實驗過程中仔細觀察泥沙起動情況，特別注意床面泥沙運動特征隨水流強度變化而變化的情況。3．認真完成實驗過程的每個環(huán)節(jié)，包括水流速度、水深、水溫的數(shù)據(jù)采集等。4．認真編寫實驗報告，客觀、真實地記錄實驗過程的主要步驟，清晰表達所觀測的數(shù)據(jù)，注意盡量使用圖表等表達實驗結果12水流作用下泥沙起動實驗報告，并將觀測結果與相關理論結果進行對比，最后對所取得的結果進行分析和評價1.3實驗設備裝置實驗所需儀器和設備包括自循環(huán)波流實驗水槽、沙盤、螺旋流速儀、溫度計、鋼尺、沙樣等。1.4實驗原理1、泥沙起動標準河底泥沙在水流條件較弱時處于靜止狀態(tài)

3、。隨著水流強度的增強，泥沙將出現(xiàn)一個由靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)為運動狀態(tài)的突變過程，稱為泥沙起動，而相應泥沙起動時的臨界水流條件稱為泥沙起動條件，可用垂向平均流速、床面摩阻流速或床面剪應力等指標來表征。由于水流的脈動性、泥沙顆粒的不均勻性以及泥沙在床面上排列方式的差異等因素的影響，泥沙起動條件具有一定隨機性，表現(xiàn)為即使是均勻沙也不會同時進入起動狀態(tài)。但從統(tǒng)計角度看，泥沙起動條件仍然具有確定性。實際泥沙起動實驗中，克雷默（H.Kramer）曾將泥沙起動程度劃分為輕微起動、中等強度泥沙起動和普遍起動三個標準。輕微起動時，床面只有屈指可數(shù)的沙粒開始起動；中等強度泥沙起動是指進入起動狀態(tài)的泥沙顆粒數(shù)量難以計數(shù)；

4、而普遍起動是指全部泥沙都進入起動狀態(tài)，并伴隨有床面變形。顯然，采用不同的主觀標準，得到的泥沙12水流作用下泥沙起動實驗報告起動條件也會有一定差異。一般采用中等強度起動標準建立起動公式者居多。泥沙的起動條件參數(shù)可以通過多種方法獲得。如，可以通過將水流調(diào)試成嚴格的均勻流，再測定起動時的水深和水面比降，進而用如下公式計算出床面摩阻流速。（1）式中，u*為摩阻流速；g重力加速度；R水力半徑；s水面坡降。2、流速的測量測定水面坡降的方法需要精確調(diào)試均勻流，操作起來較煩瑣。可以通過測定流速垂向分布的方法來間接獲得床面摩阻流速，原理如下。假定水槽底面水平情況下水流速度垂向分布近似符合對數(shù)流速律。÷(2)

5、式中，，稱為當量糙率。方程（2）中含有兩個未知數(shù)和。根據(jù)兩個高度和上的實測流速和，通過聯(lián)立方程可算出和。注意：（1）嚴格地說，上述平底得到的水流運動并非真正的明渠均勻流，而是屬于射流，因此，該方法是一種近似方法。（2）由于對數(shù)流速律僅在底部0.2h范圍的對數(shù)流速區(qū)12水流作用下泥沙起動實驗報告內(nèi)遵循對數(shù)流速律，故在聯(lián)立求解摩阻流速和當量糙率時，應盡量將測試點選在該范圍內(nèi)。為了檢驗實測流速是否符合對數(shù)流速律，應將實測流速結果繪在對數(shù)坐標下進行檢驗（圖1）。圖1對數(shù)坐標下的實測對數(shù)流速（3）為了提高計算精度，除了保證所用實測流速點嚴格位于對數(shù)流速區(qū)，還應進行多點測量，反算出多個摩阻流速和表觀糙

6、率后進行平均。建議在對數(shù)流速區(qū)內(nèi)至少設置五個流速測點。斷面平均流速可以采用五點流速測試法（圖2），用五點流速加權平均計算平均流速的公式為12水流作用下泥沙起動實驗報告（3）式中,、、、和分別為水面、水深為0.2h、0.6h、0.8h以及水底處的流速。圖2五點法測定平均流速測點位置示意圖3、觀測結果的分析泥沙的臨界起動水流條件可以通過前人的理論成果算出，如Shields理論、竇國仁公式和武水公式等。由Shields公式可計算臨界摩阻流速，或泥沙臨界起動床面切應力；由竇國仁公式或武水張瑞謹公式可計算臨界斷面平均流速。理論上，由泥沙起動公式計算12水流作用下泥沙起動實驗報告得到的臨界起動條件與實

7、測臨界起動條件應該一致。請將自己實測的結果點繪到Shields圖上，亦可直接將實測結果與起動流速公式結果進行對比，檢驗試驗結果與前人結果的符合程度。12水流作用下泥沙起動實驗報告第二章實驗操作步驟與實施2.1實驗步驟1．認識并熟悉實驗裝置（包括螺旋流速儀、實驗水槽等）。2．將水槽調(diào)整到水平（或略傾斜），在水槽中放水到一定水深。開動水泵，由小到大調(diào)節(jié)水槽流量。3．觀察泥沙起動現(xiàn)象，記錄泥沙起動狀態(tài)。當觀察到泥沙處于臨界起動