Критические скорости движения наносов. Силовые воздействия потока на твердые частицы

Рассмотрим силы действующие на отдельную твердую частицу лежащую на дне. 1 сила тяжести G 2 лобовая сила Pл 3 за счет не симметричного обтекания на частицу действует еще одна сила – подъема Рп данная сила была обнаружена на основе экспериментов проведенных в лаборатории над схематичной галькой,к которую были вмонтированы микромонометры измеряющие давление по всех поверхности гальки. Долгое время считалось что на твердые частицы лежащие на дне действуют только две силы 1,2 так же на основе этих экспериментов было установлено что в зависимости от формы частиц, между второй и третьей силой существует вполне определенное соотношение Рп=аРл где а- коэф пропорциональности. Для шара а=0.35 (подъемная сила = 35% от лобовой) а для цилиндра а=0.7. и так найдем скорость потока U_Δ на высоте выступа шероховатости которая должна быть приложена в центре давления при которой отдельно лежащие частицы находятся в состоянии неустойчивого равновесия. а, b, c – это плечо сил G, Рп, Рл. Для того чтобы частица находилась в состоянии равновесия необходимо чтобы сумма моментов всех сил была равна нулю. заменим Рп через Рл тогда лобовая сила действующая на любое твердое тело находящееся в воде будет равна Рл= ; гда а₂ – коэф формы частиц по объему γ_n – удельный вес наносов. - площадь миделя. - коэф сопротивления частиц при обтекании, зависит от формы частиц. объеденим все коэф в один все эти коэф зависят от формы частицы поэтому их можно обьеденить в α₀ . обычно скорость на высоте выступов шероховатости и тем более в центре частицы не известна, ее рассчитывают обратным путем по средней скорости используя ту или иную аппроксимацию эпюры распределения скоростей. Для определения U_Δ используют логарифмический профиль Гончарова: если У=Δ тогда ; lg17,7=const которую мы добавим в коэф α₀ тогда Usr= ; это средняя скорость потока при которой частица лежащая на дне будет находится в состоянии равновесия, то есть не перемещаться потоком, обычно эту скорость называют не передвигающей и обозначают U_n это та наибольшая средняя скорость потока, при которой отдельно лежащая частица на дне находится в состоянии покоя. С изменением глубина Н при шероховатости потока Δ U_n так же будет меняться для одной и той же частицы. По эксперементальным данным было установлено что =3.5. тогда не передвигающая скорость может быть представлена в виде: ; эксперементально было установлено что если частица находится в слое из других частиц то скорость такой частицы больше в корень из двух раз чем не передвигающая. Такая скорость называется срывающей: срывающая скорость это наименьшая скорость потока, при которой происходит систематическое срывание зерен, как лежащих отдельно так и в слое. Довольно часто называют размывающей скоростью. Кроме двух формул Гончарова есть формула Леви, Базена, Бочкова-Великанова.