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上海交通大学学报
第卷第期.
、,
海口分层流中的泥沙输运计算

陈惊雷一
~ ⋯~
丁
动力机械工程系
摘要本文展示一个计算泥沙输运过程的三维数值模型,此模型的特点在于较

模型已为大量实验所验证,
的泥沙输运进行数值研究,第一次通过定量计算证实所谓最大浑浊区的存在,并
研究影响其开;,
而且显示其在泥沙输运研究方面的作用与潜力.
关键词沉淀物输运璺羔,查兰:最大浑浊区
中圈法分类号坭殇遁
引言植
对于自然水系江、河、海湾中泥沙沉淀物输运过程的了解是水质研究的一个重要方面.
沉淀物的输运除受水流运动影响外,主要取决于沉积和河床侵蚀这两个过程.
江、河及海湾中的沉淀物大多是细小颗粒物径小于脚,它们除了被水流携带外,在
,且一般具有一定粘性,加之颗粒间相互碰撞,
常形成絮状团块,,在上部水流
,被侵蚀的难易程度不尽相同.
由于上述两个过程的复杂性,目前在理论上还不可能提供定量计算方法,关于凝絮和河床
侵蚀的研究主要是实验测量,美国加州大学机械系的环境工程小组几年来在教授的领导
下对上述问题进行了系统的实验研。,取得了大量数据结果,在实验数据的基础上,总结出
,用于河流沉淀输
运计算,得到了合理的结果.
收稿日期;—
美国加利福尼亚州政府科研基金资助项目.
美国加利福尼亚州立大学圣巴巴拉分校机械系教授
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陈惊雷等:海口分层疵中的泥沙输运计算
本文中这两个关于凝絮和侵蚀的计算模型被首次结合进三维数值模型,并被用于预测盐
度分层流中沉淀物的输运过程及其特点的研究中.
模型介绍
. 凝絮沉积模型
沉淀速度受凝絮过程的影响,实验表明絮团的形成与破裂主要取决于沉淀物的浓度以及
:
。一一:
式中: ;为沉淀速度/;为沉淀物浓度/; 为当地流体剪应力/。;、
为由实验决定的常数,一.×· /· ,· /· ;为平均絮团物
径,一/。;口。为经验系数,一/· .
经式得到的沉淀速度大约在~ /左右,远小于固体颗粒的沉淀速度,这主要
是因为絮团内常含有大量的水分.
侵蚀及沉积河床模型
实验显示在一定流体剪力作用下,仅有一定量的沉积物可被侵蚀,具体估算公式为
一厂㈨
【≤
式中:￡为总侵蚀量。为经验系数,。一.· 河水
/。为流体剪应力/; 为临界应力.× /
/; 为沉积时间;、为经验系数,一., .× /
,一. “; . . /
式中临界应力反映了河床沉积层压实情“暑., .×一/
况,
为左右,故侵蚀率取为/.
为了正确反映河床沉积层压实情况,本文采用