推移质动床模型变率的选择与比降变态的研究 投稿：傅张弡

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1、推移质动床模型变率的选择与比降变态的研究投稿：傅张弡泥２００７年４月沙研究ＪｕｎｌｆｅｉｅｔｅｅｒｈｏｒａｏＳｄｎＲｓａｃ　　　ｍ第２期推移质动床模型变率的选择与比降变态的研究刘怀汉，文全　　李（．海大学，苏南京１河江２０９；２长江航道规划设计研究院，北武汉１０８．湖４０１）３０１摘要：据模型沙起动相似和水流阻力相似要求，导出推移质动床模型变率应满足的条件，根推当模型实际采用　的变率不能满足要求时，因选沙不当不能满足水流阻力相似条件时，采用比降变态方法调整模型水流，或可在　推导出调整后的比降比尺计算式的基础上，比降变陡和变缓两种情形进行了说明。分关键词：变态模型；相似；比降变

2、态中图分类号：Ｖ３．１　Ｔ１１６　２文献标识码：　Ａ文章编号：４８１５（０ｒ０．５．５０６．５ｘ２０）２０９０　７０１前言对于动床模型来说，当选定模型沙后，型床面糙率一般随之而定，了满足阻力相似要求，型中　模为模往往需要加糙或减糙，这是极为困难的。当然，也有人采取在床面上插竹木签、流中拉铁丝等方法加　水糙，或者采取改变试验流量的办法来解决此问题，但前者对流场干扰较大，以至搅乱模型中水流整体紊　动结构，之失去与原型的相似性，使后者使模型中水流运动的惯性力重力比相似和惯性力阻力比相似均　产生了偏离，二者最终都使模型中泥沙运动相似和河床变形相似产生了偏离。如若动床模型需要减糙　时，

3、直是不可能做到的事情。本文试图采用比降变态法调整模型水流，简使这一难题得到解决。２起动相似一般推移质在原型和模型中均为散粒体结构，其起动流速计算式可统一表示为ｐ＝．）。ｈＩ（１）（）２其中，和１　０分别为泥沙和水的密度，为水深，　ｄ为泥沙粒径，起动流速系数，为泥沙处于起动　ｋ为　临界条件时的垂线平均流速，为指数，值一般为１　１７此处取ｍ＝１６由此可得起动流速比尺　ｍ其／／，６／。１３１／＝ｄｈ／：一，６　Ｐ　　　Ｐ其中　。，须满足　＝考虑水流惯性力重力比相似，即　＝１，粒径比尺关系式为　　　得／ｄ＝＾（　／ｐ，）　／＾Ｐ）Ｐ　　３（３２一（）３３水流阻力相似一般河工模型在惯性

4、力重力比相似方面，总是按照　／：１计及控制模型边界条件的，在变　　设但率为叩＝／　的变态模型中，（　２）河底糙率系数比尺和河岸糙率系数比尺是不一致的。河岸糙率系数比收稿日期：０．１７２５１－　００作者筒介：怀汉（９５，，汉市人，授级高级工程师，读博士，事泥沙与航道整治研究。刘１６一）男武教在从５　９维普资讯http://www.cqvip.com尺与正态模型相同，即＝，／。河底糙率系数比尺　１，　ｌ＝。１／　　／６（）４较正态模型为小，即变态模型的河底糙率较正态模型的为大。在模型中如何按照　、做到所需要的值并不是件容易的事。尤其是动床模型，因选沙不当需　　若要加糙而又不破坏水

5、流流态相似，几乎是不可能的。有人采用改变试验流量的办法来解决这一问题，认　为惯性力重力比的适当偏离可使惯性力阻力比相似得到满足。这种看法其实也是错误的。因为从相似　理论上讲，照曼宁流速公式模型糙率比尺可写为　按雾＝其中，、　分别为原型和模型的糙率。若模型中的流速和弗氏数分别为　　ｎｎ，氏数变为Ｆ，ｍ，弗　此时，模型实际糙率比尺为＝㈣和Ｆｍ当适当改变试验　ｒ，流量后，以使模型水面线达到相似，可模型中的水深达到了理论值，但模型中的流速变为　，率变为　糙雾＝Ｆ，㈤（）７由（式）鲁等争即式）（得＝＝，５６和可ｎ＝ｎｍ，ｒ　ｍ由此可以看出，模型中增加试验流量，会产生　＞、：＞Ｆ若将　Ｆ

6、，的情况，便得出ｎ＜ｒ这ｍ，，ｌ　的结论。　反之，若模型中减少试验流量，将会得出ｎ＞ｎ　　的结论。显然，欲采用改变试验流量的办法满足水面线相似要求时，模型中惯性力阻力比相似和惯性力重力比相似同时发生了偏离，惯性力阻力比相似随　且着惯性力重力比相似的偏大而相应偏小，随着惯性力重力比相似的偏小而偏大。为了使模型沙能同时满足起动相似和水流阻力相似，型变率的选择需要一定的限制条件。模　河道水流阻力可化分为河势阻力、河岸阻力和床面阻力等部分。假定模型中河道地形和河岸材料均能做到相似模拟，使河势阻力和河岸阻力均达到相似要求，剩下的就是床面阻力相似问题。床面阻力主要取决于床面糙率。此处暂不

7、考虑沙波阻力的影响。床面上泥沙粒径ｄ与其糙率系数ｎ　的关系为ｎ÷啪ｄ（　８）（）９其中Ａ为系数。写成比尺关系式为＝将（）代入（）９式４式得：（０　１）ｌ｜式（０为使床面糙率满足水流阻力相似的泥沙粒径比尺关系式。为使模型沙能同时满足起动相似，１）　联解式（０和式（　．１）３得＝ｊ：一，　／Ｐ　Ｐ）２Ｐ（１１）上式表明，为使模型沙能同时满足起动相似和水流阻力相似，型的变率不再是自由变量，能任　模不意选取，必须按式（１取值。由式（１可以看出，响模型变率的因素有三个，１）１）影即原型和模型沙的密度　比尺　（