Transport osadu i jego oznaczanie (z wykresem)

Przeczytaj ten artykuł, aby poznać dwie kategorie osadów transportowanych przez wodę i ich oznaczanie.

(1) Osad zawieszony :

Cząstki gleby transportowane przez wodę bez kontaktu z dnem kanału nazywa się zawieszonym osadem. Cząsteczki są utrzymywane w zawiesinie przez składnik turbulentny w górę. Jest oczywiście prawdą, że niektóre cząstki opadają na złoże, podczas gdy niektóre cząstki są zbierane przez przepływ. W burzliwym przepływie rosnące wiry przenoszą osad z ciężkich warstw dolnych koncentracji osadów ku górze. Z drugiej strony cząstki osiadają pod wpływem grawitacji.

W stabilnym stanie osady przenosiły się w górę, z opadami na dno. Również ciężar zawieszonego osadu wywiera dodatkowy nacisk na złoże kanału, które przekracza ciśnienie płynu. Stężenie zawieszonego obciążenia "C" na wysokości y powyżej dna można wyznaczyć ze znanego stężenia w punkcie odniesienia na wysokości "a" powyżej dna. Podane równanie to

gdzie D to głębokość wody

w to prędkość opadania ziarna w wodzie stojącej

K jest stałą uniwersalną Vona Karmana = 0, 4

V to prędkość ścinania = √τ ₀ / p

p oznacza średnią gęstość wody i

τ ₀ to intensywność naprężenia ścinającego u dołu

Ocena całkowitego obciążenia osadu na metr szerokości kanału może być dokonana poprzez całkowanie iloczynu prędkości i koncentracji na całej głębokości.

(2) Obciążenie łóżka :

Jest to część osadu, która porusza się wzdłuż dna kanału. Ziarna poruszają się do przodu, tocząc się, przesuwając lub przeskakując wzdłuż łóżka. Ruch osadu wzdłuż łoża jest głównie spowodowany oporem płynu. Jest to całkowity styczny składnik masy wody w jednostkowej długości kanału.

Jest ona wyrażona poprzez wyrażenie:

opór płynu = v _W AS ... (1)

gdzie v _W = oznacza wagę jednostkową wody;

A jest przekrojem poprzecznym; i

S to stok łóżka

Siła rozciągająca jest oporem płynu na jednostkę powierzchni i jest podawana przez podzielenie A przez zwilżony obwód P.

Zatem τ ₀ = v _W RS

Dla szerokich kanałów R = D

τ ₀ = v _W DS

Gdy wartość siły pociągowej jest taka, że ziarna właśnie zaczynają się poruszać, nazywana jest krytyczną siłą pociągową i jest określana terminem "τ _cr ".

W przypadku szerokich kanałów z gładkim τ _cr jest podane przez relację

τ _cr = 0, 047 (v - v _w ) d

gdzie v jest jednostkową masą osadu i

d jest średnicą ziarna.

Tak więc można zauważyć, że szybkość transportu ładunku złoża jest funkcją różnicy X i X. Oczywiście nie jest to tak proste, ponieważ wraz ze wzrostem siły oddziaływania zmienia się kształt złoża i powstają zmarszczki. Te fale tworzą opór formy i absorbują część siły pociągowej. Dwa równania na ogół stosowane do określania prędkości transportu ładunku do złoża podane są przez Meyera-Petera i Einsteina.

Równanie Meyera-Petera:

Stwierdza, że ładunek łóżka transportowany przez wodę w kilogramach na metr szerokości jest podawany równaniem

qB to wskaźnik transportu ładunku złoża w kg / m / hr.

τ ₀ to intensywność siły pociągowej na złożu w kg / m ²

n 'to współczynnik Manninga dla ziaren na płaskim łóżku bez zmarszczek. Można go uzyskać z równania

n '= (Ks) ^1/6 / 76

K _s jest efektywną średnicą ziarna w mm. Jest to średnia średnica ziarna dla ściśle rozmieszczonych jednorodnych ziaren. Może być przyjęty jako d ₆₅ lub wartość średnicy, niż 65% materiału jest drobniejsza dla stopniowanych mas.

n to rzeczywista wartość współczynnika załogi na łóżku z zmarszczkami.

τ _cr to krytyczna siła pociągowa w kg / m ²

Równanie Einsteina:

Einstein zastosował podejście statystyczne i wyprowadził funkcję obciążenia złoża dla szybkości równowagi transportu ładunku złoża, gdy liczba osadzonych i pranych cząstek była taka sama. Porównał prawdopodobieństwo erozji cząstek do prawdopodobieństwa, że ciężar uniesionej cząstki jest mniejszy niż ciężar zanurzony. Wyprowadzając to równanie, sformułował szereg założeń i przyjął wiele współczynników eksperymentalnych. Prawdopodobieństwo P ruchu cząstki jest podana przez niego jako

W powyższej zależności wszystkie parametry, takie jak ɸ, Ψ, Ƞ ₀, A, B, są stałymi. Ψ, jest bezwymiarowym parametrem ścinania, podczas gdy ɸ jest bezwymiarowym parametrem transportowym.

Gdy materiał złoża składa się z jednorodnego materiału ziarna, różne parametry zmniejszają się do ɸ = ɸ i Ψ = Ψ i tak dalej.

Ponieważ powyższy związek jest uciążliwy, dodatkowo korelował dwa bezwymiarowe parametry ɸ i Ψ jako ɸ = f (Ψ) w celach praktycznych.

Dla jednolitego materiału złoża relację reprezentowała krzywa na wykresie półlogarytmicznym z równaniem

0, 465 ɸ = e ^{-0, 391 Ψ}

Podał wartość ɸ poprzez następujące równanie:

Gdzie

G to ciężar właściwy ziaren;

d jest średnicą ziaren;

g jest przyspieszeniem z powodu grawitacji

v _w oznacza ciężar właściwy wody

Inne symbole mają podobne znaczenia już wcześniej podane.

Podał także relację z ɸ jako

Ψ = (G - 1) d / R'S

Gdzie

R 'jest hydraulicznym średnim promieniem, który istniałby, gdyby łóżko było niewyczuwalne. Gdy użyty współczynnik stratności reprezentuje chropowatość ziarnistą, tylko R 'można obliczyć z równania Manninga.

Aby uprościć procedurę, dał krzywą na papierze dziennika log jako ɸ = f (Ψ) do użytku roboczego i jest podany na rys. 9.5.

Relacja Einsteina-Browna:

Brown wydrukował dane na wykresie log-log i odkrył, że wszystkie dane ograniczają się do pojedynczej liniowej funkcji formularza

ɸ = 40 / (Ψ) ³

Stwierdzono również, że związek ten jest przydatny w obliczeniach transportu ładunków w łóżkach w niektórych przypadkach. Problem 9.7. W szerokim kanale stwierdzono, że stężenie zawieszonego ładunku wynosi 500 ppm na 0, 4 m powyżej łoża. Jeżeli prędkość opadania ziarna w wodzie nieruchomej wynosi 0, 04 m / s, a nachylenie złoża kanału wynosi 1 na 4500, określić stężenie zawieszonego obciążenia na 0, 8 m powyżej łoża kanału. Weź głębokość przepływu jako 2 m.

Rozwiązanie:

Etap 1. C _a przy 0, 4 m nad łożem = 500 ppm = 500 x 10- ⁶ x 10 ³ = 0, 5 kg / m2