نقل الرواسب وتحديدها (مع رسم بياني)

اقرأ هذه المقالة للتعرف على فئتي الرواسب المنقولة بالماء وعزمها.

(1) الرواسب المعلقة :

تسمى جسيمات التربة التي يتم نقلها بواسطة الماء دون الاتصال بقاع القناة بالرواسب العالقة. يتم الحفاظ على الجسيمات في التعليق من خلال المكون التصاعدي للتيار المضطرب. صحيح بالطبع أن بعض الجسيمات تنزل على السرير في حين أن بعض الجسيمات يتم التقاطها بواسطة التدفق. في التدفق المضطرب تقوم الدوامات الصاعدة بنقل الرواسب من الطبقات السفلى لتركيزات الرواسب الثقيلة نحو الأعلى. من ناحية أخرى تستقر الجسيمات تحت قوة الجاذبية.

في ظل حالة مستقرة ، نقلت الرواسب الأرصدة الصاعدة مع سقوطها في القاع. كما أن وزن الرواسب المعلقة يمارس ضغطًا إضافيًا على سرير القناة الذي يزيد عن ضغط السوائل. يمكن تحديد تركيز الحمل المعلق "C" عند ارتفاع y فوق القاع من التركيز المعروف عند نقطة مرجعية عند ارتفاع "a" أعلى القاع. المعادلة المعطاة هي

حيث D هو عمق المياه

w هي سرعة سقوط الحبوب في الماء الساكن

K هو ثابت عالمي لـ Von Karman = 0.4

V هي سرعة القص = √τ 0 / p

p متوسط ​​الكثافة للماء و

τ 0 شدة إجهاد القص عند القاع

يمكن إجراء تقييم إجمالي حمولة الرواسب لكل متر للقناة من خلال دمج ناتج السرعة والتركيز على العمق بأكمله.

(2) حمولة السرير :

هذا هو جزء من الرواسب التي تتحرك على طول قاع القناة. تتحرك الحبوب إلى الأمام عن طريق التدحرج أو الانزلاق أو القفز على طول السرير. حركة الرواسب على طول السرير يرجع أساسا إلى سحب السائل. هذا هو المكون التكويني الكلي لوزن الماء في طول وحدة القناة.

يتم اعطاؤه بالتعبير:

سحب السائل = v W AS ... (1)

حيث v w = وحدة وزن الماء ؛

أ هي منطقة المقطع العرضي. و

S هو منحدر السرير

قوة السحب هي سحب السائل لكل وحدة مساحة وتعطى من خلال قسمة A على محيط مبلل P.

وهكذا ، τ 0 = v W RS

للقنوات العريضة R = D

τ 0 = v W DS

عندما تكون قيمة قوة الجر كافية لدرجة أن الحبات تبدأ في تحريكها ، فإنها تسمى قوة الجر الحرجة وترمز إلى المصطلح "τ cr ".

لقنوات واسعة مع سرير سلس يتم إعطاءها بالعلاقة

τ cr = 0.047 (v - v w ) d

حيث v وحدة وزن الرواسب و

د هو قطر الحبوب.

وهكذا يمكن ملاحظة أن معدل نقل حمولة السرير هو دالة للفرق بين X و X. وبالطبع ليس مستقيماً للأمام لأنه مع زيادة قوة intractive فإن أشكال السرير تخضع لتغييرات وتشكل تموجات. هذه التموجات تخلق مقاومة الشكل وتمتص جزءًا من قوة الجر. يتم إعطاء معادلتين تستخدمان بشكل عام في تحديد معدل نقل حمولة السرير بواسطة ماير بيتر وأينشتاين.

معادلة ماير - بيتر:

تنص على أن يتم تحميل حمولة السرير المنقولة بالماء بالكيلوغرام لكل متر بواسطة المعادلة

qB هو معدل نقل حمولة السرير بالكيلو جرام / م / ساعة.

τ 0 هو شدة قوة الجر على السرير بالكيلو جرام / م 2

n 'هو معامل ماننغ للحبوب على سرير عادي بدون تموجات. يمكن الحصول عليها من المعادلة

n '= (Ks) 1/6 / 76

K s هو قطر الحبوب الفعال بالملم. إنه يساوي قطر الحبيبات المعياري للحبيبات المنتظمة المتقاربة. يمكن أن تؤخذ على أنها d 65 أو قيمة القطر التي تكون 65٪ منها أكثر دقة للرمال المتدرجة.

n القيمة الفعلية لمعامل مانينغ على السرير مع التموجات.

τ cr هي قوة الجر الحرجة بالكيلوجرام / م 2

معادلة آينشتاين

تبنى آينشتاين النهج الإحصائي ووظيفة تحميل السرير المشتقة لمعدل توازن نقل حمولة الفراش عندما كان عدد الجسيمات المودعة والمحرومة هو نفسه. انه مساواة احتمال أن تتآكل الجسيمات إلى احتمال أن وزن الجسيمات رفع أقل من الوزن المغمور. في استخلاص هذه المعادلة ، قام بإعداد عدد من الافتراضات واعتمد العديد من المعاملات التجريبية. الاحتمال P من حركة جسيمات السرير يعطى من قبله

في العلاقة المذكورة أعلاه ، تكون جميع المعلمات مثل ɸ و Ψ و Ƞ 0 و A و B ثوابت. Ψ ، هي معلمة جزئية بلا أبعاد بينما ɸ هي معلمة نقل بلا أبعاد.

عندما تكون مادة السرير مكونة من مواد حبيبات متشابهة ، تتقلص المعلمات المختلفة إلى ɸ = ɸ و Ψ = Ψ وهكذا.

وحيث أن العلاقة المذكورة أعلاه مرهقة ، فقد ربط بين معلمتين بلا أبعاد ɸ و Ψ كـ ɸ = f (Ψ) للأغراض العملية.

بالنسبة لمواد الأسرّة الموحدة ، تم تمثيل العلاقة بمنحنى على قطعة شبه لوغاريتمية مع معادلة

0.465 ɸ = e -091 Ψ

أعطى قيمة ɸ من خلال اتباع المعادلة:

أين

G هي الجاذبية النوعية للحبوب ؛

د هو قطر الحبوب.

ز هو تسارع بسبب الجاذبية

v w هو الوزن النوعي للمياه

رموز أخرى لها معاني مشابهة بالفعل في وقت سابق.

أيضا ، أعطى علاقة ل ɸ كما

Ψ = (G - 1) د / آر

أين

R 'هو نصف القطر الهيدروليكي الذي سيوجد إذا كان السرير غير قابل للتجزئة. عندما يمثل معامل البساط (الجاذبية) استخدام خشونة حبيبية ، يمكن حساب R 'فقط من معادلة مانينغ.

ولتبسيط الإجراء ، أعطى منحنى على ورق سجل السجل كـ ɸ = f (Ψ) للاستخدام العملي ويرد في الشكل 9.5.

علاقة آينشتاين براون:

بنى براون البيانات على سجل log log ووجد أن جميع البيانات تقلل إلى دالة خطية مفردة من النموذج

ɸ = 40 / (Ψ) 3

كما وجد أن هذه العلاقة مفيدة في حساب نقل حمولة السرير في حالات معينة. مشكلة 9.7. في قناة واسعة مختلفة ، وجد أن تركيز الحمل المعلق يبلغ 500 جزء في المليون عند ارتفاع 0.4 متر فوق السرير. إذا كانت سرعة سقوط الحبوب في الماء الساكن 0.04 متر / ثانية ومنحدر السرير هو 1 في 4500 حدد تركيز الحمل المعلق عند 0.8 متر فوق سرير القناة. خذ عمق التدفق 2 م.

حل:

الخطوة 1. C a عند 0.4 m فوق السرير = 500 جزء في المليون = 500 x 10- 6 x 10 3 = 0.5 kg / m 2

مشكلة:

باستخدام معادلة ماير - بيتر حساب كمية تحميل السرير المنقولة بواسطة الماء في قناة واسعة لها الأبعاد التالية: