河流动力学复习资料(河海大学)
河流动力学英语
水力学、河流动力学、流体力学专业词汇 Fundamental Glossary in Hydraulics Hydrostatics 水静力学Hydrodynamics 水动力学 Physical properties of water 水的物理性质Density 密度 Specific gravity 比重Kinematic viscosity 运动粘性 Absolute viscosity 动力粘性Elastic modulus 弹性模量 Surface tension 表面张力Temperature 温度 Isotropic (y) 各向同性Anisotropic (y) 各向异性 Uniform (ity) 均匀(性) Heterogeneous (ity) 不均匀(性) Main force 主要作用力Gravity 重力 Inertia force 惯性力pressure 压力(强) Drag 阻力Mass force 质量力 Surface force 表面力Constitutive relationship 本构关系 Stress 应力Strain 应变 Deformation 变形Displacement 位移 Normal 法向Tangent 切向 Shear 剪力Acceleration 加速度 Angular deformation 角变形 Local acceleration 当地加速度convective acceleration 迁移加速度compressibility 压缩性 continuity连续性 Scalar 纯量vector 矢量tensor 张量 magnitude 模(大小) direction 方向 Divergence 散度curl 旋度gradient 梯度 Source 源sink 汇 Frequency 频率amplitude 振幅phase 相位resonance共振 Mass conservation 质量守恒momentum conservation 动量守恒 energy conservation 能量守恒 Initial condition 初始条件boundary condition边界条件 Ordinal differential equation 常微分方程 partial differential equation 偏微分方程 Convection, advection 对流diffusion 扩散dispersion 弥散 decay 衰减degradation降解 Flow pattern流态flow type 流型 Laminar flow 层流turbulent flow 紊流 Supercritical flow 急流subcritical flow 缓流critical flow临界流 Rapidly varied flow急变流gradually varied flow渐变流 Uniform flow 均匀流non-uniform flow 非均匀流 Mainstream flow 主流wake flow 尾流 Steady flow 恒定流unsteady flow 非恒定流 One-dimensional flow 一维流two-dimensional flow二维流 three-dimensional flow 三维流 Single-phase flow 单相流double-phase flow 两相流 multi-phase flow 多相流
水力学及河流动力学研究展望
水力学及河流动力学研究展望 河流动力学的发展具有悠久的历史，但采用现代科学体系进行系统的研究则是20世纪才开始的。河流动力学是以流体力学、地学、海洋和环境科学等为基础的交叉学科，其趋势仍是采用各学科之长，在理论探索、科学实验和数学模拟等方面深入发展。 1研究发展趋势 展望河流动力学的研究，它应包含两个方面的内容，一是在传统理论张现代化量测技术的基础上，对已有的研究成果进行系统的总结、归纳和提高，对一些假定和近似处理给出更严密的论证，对一些经典的试验成果重新进行检验。二是开拓新的研究领域和研究方向，特别要注重与其它学科和最新的科学技术融会贯通。在上世纪的30年代至50年代，以Shields 曲线、Rouse悬沙公式、Meyer-Peter及Einstein推移质公式为代表，基本奠定了泥沙运动力学的理论体系，半个世纪以来，主要是进行补充和完善的工作，除在工程应用方面取得巨大的进展外，在理论体系上没有重大的突破。通过数十年来的理论积蓄和量测技术的时代跨越，有望在近些年内在理论体系上取得突破性进展，在试验科学上获得重大的成果。 1.1.1基础理论研究 河流动力学基础理论研究包括泥沙运动力学基本理论和河流过程原理及调整规律的研究。早在30年代，Rouse应用扩散理论导出了悬移质泥沙浓度分布公式，即扩散方程，它是进行输沙计算的基本方程。在现代两相流理论中，扩散模型只是宏观连续介质理论的一种简单模型。更一般的模型是双流体模型，两相流中关于固液两相流的基本方程、作用力分析及其应力本构关系的理论，极大地促进了泥沙运动力学理论的发展。但泥沙运动理论与固液两相流理论又有所区别，其内容更丰富，更独具创新性。悬移质、推移质、水流挟沙力、动床阻力等等都是一般两相流理论中没有的概念。这些概念是泥沙运动力学理论体系的基础，使得泥沙运动力学理论纰固液两相流理论更生动、更便于在生产实际中应用。悬移质和推移质输沙理论、非平衡输沙理论、水流挟沙力、床面形态和动床阻力等都是泥沙运动力学基础理论研究的重要内容，而且在80年代以前已经发展得比较成熟，之后除了引入固液两相流的双流体模型外，并没有重大的进展，许多理论研究是低水平重复。因此，该领域的理论研究应集中在两个方面： 1）对现有的理论成果或成果或公式进行认真总结，去伪存真，归纳提高。如钱宁（1980）关于推移质公式比较的研究堪称范例，几家著名的推移质输沙率公式尽管基于不同的理论，
河流动力学重点
前言 1.河流动力学就是以力学及统计等方法研究河流在水流、泥沙和河床边界三者共同作用下的变化规律的学科！主要内容包括泥沙运动和河床演变！ 2.河流动力学的研究方法有理论研究、试验研究、原型观测、数学模型。 第一章 1.P16等容粒径公式。 2.粒径大小分类、漂石、卵石、砾石、沙砾、粉粒、黏粒， 3.有效密度的表示方法(PS-P)/P 4.从自然界取得的原状泥沙，经过100到105度的温度烘干后，其质量与原泥沙整体体积的比值称为泥沙的干密度。相应重量的比值称为干容重。 5.泥沙干密度主要受泥沙粒径、淤积厚度、淤积历时等因素的影响，注意图p21，P22的图 6.在静水中的泥沙，由于颗粒之间的摩擦作用，可以堆积成一定角度的稳定倾斜而不塌落，倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下停止角！ 第二章 1泥沙沉降速度是指单颗泥沙在足够大的静止请水中等速下沉时的速度，简称沉速。由于泥沙颗粒越粗，沉速越大，因此又被称为水力粗度! 2雷诺数小于0.5为停滞性状态，大于1000属于紊动状态，介于之间属于过渡状态。 3影响泥沙沉降速度因素有，颗粒形状，边壁条件，含沙浓度，紊动，絮凝等 4泥沙颗粒越细。其比表面积越大，当泥沙粒径小于0.01毫米，颗粒表面的物理化学作用可使颗粒之间产生微观结构，随着这种颗粒泥沙的增加，相邻的若干带有吸附水膜的细颗粒便彼此连接在一起形成絮团，这种现象称为絮凝现象。 第三章 注意资料计算题 游荡型河段演变规律： 形态特性，平面形态看，河身比较顺直，往往宽窄相间，类视藕节状，河段内河床宽浅，洲摊密布，岔道交织。 水流特性：因河床宽浅，平均水深很小。水文特性表现为暴涨暴落，年内流量变化大。 输沙特性：含沙量大，而且同流量下含沙量变化很大，流量与含沙量关系不明显。同意流量，因上站含沙量的不同，其输沙率相差很大，出现多来多排，少来少排现象。 演变规律：冲淤变化，汛期主槽冲刷，滩地淤积。非汛期，主槽淤积，滩地坍塌。从长时间看，表现为主槽淤积抬高，而滩地持续抬高。平面变化上，主流摆动不定，主槽位置也摆动，摆幅相当大导致河势变化剧烈！ 第四章床面形态与水流阻力 1、沙波作为河床表面推移质泥沙运动的主要外在表现形式，直接关系到河床的变形，决定河床的阻力。随水流强度的不断变化，沙波有其产生、发展和消亡的过程。 2、沙波的五个发展阶段：沙纹→沙垄→过渡、动平整→沙浪→急滩与深潭 ①沙纹：水流流过平整的河床床面，在水流达到一定强度后，部分沙粒开始运动，此后不久，少量沙粒聚集在床面的某些部位，形成小丘，徐徐向前移动加长，最后连接成为形状及其规则的沙纹。沙纹尺度较小，主要是近壁层流层的不稳定性所产生，与平均水深关系不大。随着水流强度的增大，沙纹在平面上逐渐从顺直过渡到弯曲、再过渡到对称和不对称的沙鳞。 ②沙垄：随着流速的增加，沙纹发展成沙垄，其尺寸与水深有密切关系。在平面外形上，在水流强度逐渐加大的过程中，沙垄将自顺直发展到弯曲，成悬链和新月形。
河流动力学
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 河流动力学是研究冲积河流在自然状态及受人工建筑物影响以后所发生的变化和发展规律的一门课程，主要学习泥沙起动、输移、沉积及河床演变的基本规律。本课程是港航专业的一门主要的专业基础课程；一方面，本课程以水力学和高等数学为基础，强调力学原理和分析方法对泥沙运动和河床演变分析的灵活运用；另一方面，还要考虑依赖野外观测和室内实验数据来建立经验公式，所以在学习过程中应重视知识的综合分析和综合运用。 2.设计思路： 本课程以理论讲授为主线，结合室内实验的方式进行（室内实验部分见河流动力学实验大纲）。课程内容包括2个模块：泥沙运动和河床演变。理论课以讲授和多媒体课件相结合的方式进行。 3. 课程与其他课程的关系 先修课程：高等数学，水力学。 本课程与这二门课程密切相关；而只有在前面二门课程的基础上，河流动力学的 - 3 -
教学才能达到较好的效果。 二、课程目标 本课程的目标是培养学生的工程观点和分析能力，达到华盛顿公约规定的国际工程师认证的标准，培养符合国家经济发展需要的工程技术人才。 （1）知识获取 掌握泥沙的基本特性；掌握推移质和悬移质运动的基本规律和力学机理；掌握我国主要河床演变的基本原理和分析方法；了解本课程领域的国内外最新发展动向及研究成果。 （2）思维方法培养 综合、系统分析的思维方法。 （3）能力培养 具有查阅规范、资料，分析解决实际河流泥沙工程的能力；具有一定的创新能力。 三、学习要求 河流动力学是一门涉及到理论和室内实验等内容的综合性课程，作为港航工程师，在校期间学习扎实的理论基础和熟练的专业技能。要达到以上学习任务，学生必须（1）按时上课,上课认真听讲，积极参与课堂讨论。 （2）课下做好相关预习、复习和作业完成工作。 四、教学内容 - 3 -
河流动力学整理
1.对数流速垂线分布 1、泥沙级配曲线：横坐标表示泥沙粒径，纵坐标表达在所考虑的沙样中粒径小于横坐标相应的某一粒径在总沙样中所占的百分比的曲线。 2、粒配曲线的绘制方法和过程：⑴取样筛分,获取各粒经组D i 泥沙的重量;⑵统计出小于和等于各粒经D i 的沙重,并算出其占总重的百分比p i ;⑶准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格,纵坐标是普通分格);⑷以粒经Di 为横坐标(对数坐标,从大到小),小于和等于粒经Di 的沙重百分比pi 为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。 3、级配曲线可以反映沙样颗粒的相对大小和范围，可反映沙样组成的均匀程度1、特征粒径:单颗粒泥沙粒径:等容粒径,算术/几何平均粒径,筛分粒径,沉降粒径;群体泥沙代表粒径:平均粒径(d i=(d max-d min)/2;D m=∑(d i*p i)/100);中值粒径(d50);非均匀特点:均方差(σ=1/2(D84/D50+ D50/D16));挑选系数(Φ=开方(D75/D25))(越接近1,沙样就越均匀,越大于1,沙样越不均匀); 1.孔隙率:泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比。泥沙孔隙率因沙粒大小、均匀度、沙粒形状、泥沙沉积方式、沉积后受力大小和历史长短等有关。粗沙(39％-40％);中沙(41％-48％);细沙(44％-49％)。细颗粒泥沙表面面积大，使得摩擦、吸附、搭成架构等作用增大;粒径均匀的泥沙孔隙率最大;球体,孔隙率小。(细颗粒泥沙具有较大的孔隙率和较小的干容重) 1.容重γs:泥沙颗粒的实有重量和实有体积(不含空隙体积)之比(一般变化范围不大,取2650kg/m3);有效容重系数:泥沙水下比重与水的比重之比(a=(γs-γ)/γ);干容重γs’;泥沙颗粒的实有重量和整个体积(含空隙体积)之比(变化范围大,因为空隙变化大);用途:确定泥沙冲淤体的体积;影响因素:粒径(主)、淤积深度、埋藏深度和环境、排水情况、有无初露水面暴露在空气中、细颗粒的化学成分等;γs’与γs的关系：γs’= γs(1-e)；规律:粒径大的泥沙γs’大一些，变化范围小一些,粒径小的反之;浑水容重:如果以S 代表水的含沙量,则浑水容重(r m=r+(1-r/r s)*s),含沙量S较大的变化只能引起r m较小的变化。 1.泥沙沉速ω：单颗粒泥沙在静止的无限大的清水水体中匀速下沉的速度(有效重力和阻力相等);与泥沙的粒径、形状、含盐度、含沙浓度、水体紊动和沙粒雷诺数有关(R ed=ωd/v,表示惯性力与水流粘滞力的相对关系); 2.泥沙的沉降状态：层流(滞性)状态下降:R ed<0.5, 垂线下沉，下沉速度缓慢，扰流阻力以摩擦力为主，压差阻力相对较小(阻力与μdω的一次方成正比),颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象;过渡状态下降: R ed=0.5~1000,颗粒表面形成流速梯度很大的边界层，尾部边界脱离表面发生分离，分离区产生稳流，造成很大的能量损失，随着R ed的增加，分离区相应增大，压差阻力也不断增大，摩擦阻力不断减小;紊流状态下降:R ed>1000, 颗粒表面边界层在尾部的分离区达到最大，压差阻力远远大于摩擦阻力， 其大小与R ed的变化无关，颗粒左摇右摆下沉，颗 粒本身也转动，周围水体也紊动(水流阻力与ρd2 ω2成正比) 。 1.张瑞瑾沉速公式思路(阻力叠加原理,从过渡区入 手) PS:泥沙特性分为几何特性、重力特性、水力特性、 物理化学特性、生物化学特性； 1. 泥沙运动分类:泥沙一颗一颗的沿河滚动,滚一阵, 歇一阵,常呈间歇性(在河底附近一滚动、滑动、跳 跃或者层移形式前进,其速度小于水流速度);泥沙在 水中悬浮着前进(细颗粒，连续运动,在水流方向以 与水流大致相等的速度前进); 2.推移质与悬移质划分:Def:河底附近以滚动、滑 动、跃动或层移等形式前进、速度小于水流速度的 泥沙称推移质(接触质、跃移质、层移质); 以浮游方式前进的泥沙称推移质联系:一个泥沙组 成来说,较弱的水流条件下,以表现为推移质;较强的 水流条件下,以表现为悬移质，二者可以相互转化。 区别:运动规律不同(受力、运动速度、输沙率与水 流切力的关系、输沙量等都不同);能量来源不同(推 消耗水流的机械能即时均势能，悬消耗水流的紊动 动能);对河床的作用不同(悬沙通过容重增大净水压 力,悬移质通过颗粒间的离散力与河床作用). 1.泥沙起动概念：随着水流条件的增强,沙颗粒由静 止转为运动,泥沙起动.泥沙起动条件:持泥沙颗粒静 止状态的平衡条件遭到破坏,面泥沙由静止状态转 入运动状态的临界水流条件(起动流速(以垂线平均 流速表示)、起动拖曳力(拖曳力表示、起动功率(水 流功率));特性:复杂性(水流条件、沙粒性质、泥沙 组成);随机性(水流运动和泥沙分布排列等具有随机 性). 2.沙在水流中受到的力:促成泥沙起动的力:上举力、 推移力(两者由沙粒的迎水面和下面压力增大而背 水面和上面压力减小形成的)、脉动压力;抗拒泥沙 起动的力:重力、粘结力(与沙粒间的空隙厚度、在 水平面上的投影面积、所受的铅直向下的压力、水 的纯洁度与化学成分、沙粒的压结程度有关)。 3.起动流速:泥沙由静止变为运动式的临界水流条 件,用起动流速表示,位于河床表面的某种泥沙(即床 沙),当流速等于或者大于泥沙起动流速时,泥沙起动 反之静止。 4.沙莫夫启动流速公式： 5.研究泥沙起动的意义:计算输沙率;航道整治时使 用;护滩、护滩块石稳定计算、研究输沙率 1.沙波运动:泥沙颗粒在床面的集体运动称沙波运 动(推移质泥沙运动达到一定程度时的产物.对河道 水流结构、河道阻力、泥沙运动和河床演变均有重 要作用)； 2.沙波形态和运动特征:(几何特征:迎水面缓,背水 面陡;运动特征:迎水面加速区,冲刷,背水面减速区, 淤积,床沙分选:上粗下细;水流运动特征:波峰处流 速大,波谷处流速小,迎水面存在停滞点,背水面:分 离、漩涡;阻力特性：迎水面与水面存在压力波,与 水流速度相反,称形状阻力 3.沙波形成及发展过程:静平整(流速小于起动流速, 泥沙不起动,床面平整)、沙纹(流速增大,沙粒聚集最 后形成形状规则的沙纹)、沙垄、过渡、动平整(流 速增大,波高变小,床面恢复平整)、沙浪(流速继续增 大,Fr>1,床面再次出现沙波)、急滩与深潭(Fr>>1,强 烈冲刷形成急滩,强烈淤积形成深潭). 4.沙波形成过程中的两个现象:沙波对床沙的分选 作用(上粗下细);粗沙运动的间歇性。 5.沙波运动对河流的影响:沙波运动时推移质运动 的主要形式;沙波的消长对河流的阻力损失有很大 影响;沙漠的消长对航道的水深有一定的影响;沙波 的形成和发展影响H-Q关系。 6.沙波类型:带状沙波(很少见)、继绩蛇曲沙波(最常 见)、堆状沙波(常见)、顺直沙波、弯曲沙波、链状 沙波、舌状沙波、新月沙波等。 7.沙波产生的原因：不同流体相对运动时交界面上 的不稳定性;接近河床的流速沿程分布与沙波形式 相适应。 1.推移质输沙率概念:一定的水沙条件下,河道处于 冲淤平衡时,单位时间通过单宽河床的推移质数量, 以g s表示,单位:kg/m.s 2.公式类型及其思路:以临界拖引力和临界流速考 虑问题(当拖引力获水流速度达到或超过某一临界 值以后，床沙才可能发生推移,推移质输沙率的大小 与水流实有的拖引力或流速超过临界拖引力或临 界流速的程度有关,如沙莫夫公式);从沙波运行情况 考虑问题(凡推移质运动达到一定规模的处所，必然 出现沙波,推移质输沙率与U4成正比);从统计法则 考虑问题(H.A.爱因斯坦公式:抓住泥沙自床面冲刷 下移的概率P的确定最为推导的核心
河流动力学复习整理
（0）河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。 主要研究内容: 水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布; 泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法. 研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测，数值计算 （1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三维性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均匀性 河道水流的水流结构：主流，副流，环流 二维明渠流速的分布规律：1.直线层，也成粘滞底层，切应力只有粘滞切力，流速按直线分布2.过渡层，粘滞切力与紊动切力同时存在，流动是层流和紊流的过渡区，该层没有统一的流速分布公式，近似按直线层或对数层公式计算3.对数层，切应力主要是紊动切应力，流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间，切力主要是紊动力，流速分布常以缺速公式表示，故也称缺速区。流速分布要受上部边界影响，与边壁糙率也有一定关系。 河道水流阻力分解图：见ppt1 76页 明渠二维流的阻力损失表达方式：见ppt1 77页 （3）按运动状态分，泥沙的运动形式有：（床沙），推移质、悬移质 泥沙交换现象： 推移质泥沙运动特点：间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点：速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能 冲泄质：河流挟带的泥沙中粒径较细的部分，且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。 床沙质：河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。 两者主要区别：1.前者是非造床质泥沙，后者是造床质。2.前者粒径较小，后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件，还与河段上游流域供沙条件有关。 推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别：前者按运动方式分；后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。 异重流：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小的重度（密度）差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性的掺混现象的运动。 异重流主要特征：（1）异重流的重度差很小，重力作用小，惯性作用大（2）具有翻越障碍以及爬高的能力 （5）泥沙悬浮机理：含沙量具有上稀下浓的沿垂线梯度。 泥沙悬浮扩散理论：基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布的理论 重力理论：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。 推求悬移质含沙量沿垂线分布规律有哪些方法：1.Rouse 公式2. 张瑞瑾公式3重力理论——维利卡诺夫公。. Rouse 方程及其中悬浮指标Z 的意义和如何计算：z a a h a y y h S S ??? ? ??-?-=，*=kU z ω，实际代表了重力作用与紊动扩散作用的相互关系
河流动力学
1.等容粒径（假定球体）D ： 算数品均值D ： 几何品均值（椭球体）D: 泥沙级配曲线（群体性）：表示天然泥沙组成特性，在采集的代表沙样中，小于某种粒径的泥沙累计百分数与该粒径在半对数纸上的关系曲线。 粒配曲线反映的特性⑴可反映沙样颗粒的大小和范围；⑵可反映沙样组成的均匀程度。沙样 的特征粒径：⑴平均粒径Dm ：粒径按其所占重量的百分比为权的加权平均值。 1100n i i m i P d d =??=∑，max min 2i d d d +=⑵中值粒径50d 表示在全部沙样中，大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等。求法：粒配曲线—P=50%天然沙的平均粒径常常大于中值粒径 2.细颗粒泥沙的物理化学特征。细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层。通常细颗粒泥沙的主要成分是粘土矿物，它们在含有电解质的水中会发生两种可能：电解质中的离子吸附在泥沙颗粒表面；泥沙颗粒表面的分子发生离解。不论哪种情况都使泥沙颗粒表面带有负电。由于凝絮作用，细颗粒在沉积时会连结成絮团，絮团与絮团会连接成集合体，集合体还会搭连而形成网架。絮凝的新沉积物是一个高度蜂窝状的结构，含水量很高，密度很低，这样的淤积物具有很低的抗剪强度或粘结力。 3.沉速概念，泥沙沉降状态。单颗粒泥沙在无边界影响的静止清水中的匀速下沉的速度。因数值主要和粒径有关，也称水力粗度，常用ω表示,单位:cm/s.沉降的形式,泥沙颗粒在静水中下沉时的运动状态与沙粒雷诺数Re d ωνd G ==沙粒性力水流粘Z 力（式中和d 、ω分别为泥沙的粒径及沉速，ν为水的运动粘滞性系数）①层流状态下降:Re d <0.5,颗粒基本沿垂线下沉，颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象。颗粒沉降属于层流状态，下降速度较慢，绕流阻力以摩擦阻力为主，压差阻力相对较小，d C 与Re d 呈直线关系②紊流状态下降:Re d >1000, 泥沙颗粒脱离铅垂线，以极大的紊动状态左摇右摆下沉，附近的水体产生强烈的绕动和涡动。压差阻力远大于摩擦阻力，其大小与Re d 无关③过渡状态下降:Re d =0.5~1000, 泥沙沉降状态处于二者之间。随Re d 增大，压差阻力不断增大，摩擦阻力不断减小，阻力系数与沙粒雷诺数之间为曲线关系 4.影响泥沙沉速因素。泥沙的形状对沉速的影响。对于几何平均粒径D 相同的不同石块，形状愈扁平，阻力系数C D 愈大，其沉速愈小；水质对沉速的影响。主要影响对象是D<0.03mm 的细颗粒泥沙。①影响絮凝现象的第一个因素是泥沙粒径。泥沙愈细，絮团愈大②水中电解质的离子浓度与价数。反离子的价数高，絮凝作用强。另外，在小含盐度的范围内，絮凝团的平均沉速因含盐度的增加而迅速增大；当含盐度超过某一数值后，含盐度的增大，对平均沉速的影响不大；含沙量对沉速的影响。 5.影响泥沙淤积物干容重因素。取未经扰动的原状沙洋，量出它的体积，然后在烘干箱内经100度烘干后，其重量与原状沙洋整个体积之比，称干容重。N/m 3。①泥沙粒径。粒径较粗的泥沙干容重大，变化范围小。②泥沙淤积厚度。淤积愈深，干容重愈大，变化范围愈小。③淤积历时。干容重随淤积历时的增加而趋向于一个稳定值。④泥沙组成：组成越不均匀，孔隙率越小，干容重越大。 8.含沙量分布的重力理论原理，优缺点。泥沙比水重，为维持泥沙在水流中悬浮而不下沉，
水力学河流动力学词汇
Fundamental Glossary in Hydraulics 水力学及河流动力学词汇 Hydrostatics水静力学Hydrodynamics水动力学Physical properties of water水的物理性质 Density密度 specific gravity比重Kinematic viscosity 运动粘性absolute viscosity 动力粘性Elastic modulus 弹性模量surface tension 表面张力Temperature 温度 isotropic (y) 各向同性Anisotropic (y) 各向异性uniform (ity) 均匀(性) Heterogeneous (ity)不均匀(性) Main force 主要作用力Gravity 重力 inertia force 惯性力 pressure 压力(强) drag 阻力 Mass force 质量力 surface force 表面力Constitutive relationship 本构关系 Stress 应力 strain 应变 deformation 变形displacement 位移 normal 法向 tangent 切向 shear 剪力 acceleration 加速度 Angular deformation 角变形Local acceleration 当地加速度convective acceleration 迁移加速度 compressibility 压缩性continuity连续性 Scalar 纯量 vector 矢量 tensor 张量 magnitude 模(大小) direction 方向 Divergence 散度 curl 旋度 gradient 梯度 Source 源 sink 汇 Frequency 频率 amplitude 振幅 phase 相位 resonance共振 Mass conservation 质量守恒 momentum conservation动量守恒 energy conservation 能量守恒 Initial condition 初始条件 boundary condition边界条件 Ordinal differential equation 常 微分方程 partial differential equation 偏微 分方程 Convection, advection 对流 diffusion 扩散 dispersion 弥散 decay 衰减 degradation降解 Flow pattern流态 flow type 流型 Laminar flow 层流 turbulent flow 紊流 Supercritical flow 急流 subcritical flow 缓流 critical flow临界流 Rapidly varied flow急变流 gradually varied flow渐变流 Uniform flow 均匀流 non-uniform flow 非均匀流 Mainstream flow 主流 wake flow 尾流 Steady flow 恒定流 unsteady flow 非恒定流 One-dimensional flow 一维流 two-dimensional flow二维流 three-dimensional flow 三维流 Single-phase flow 单相流 double-phase flow 两相流 multi-phase flow 多相流 Irrotational flow 无旋流 potential flow 势流 rotational flow 有旋流 Open channel flow 明渠流 free surface flow 自由表面 流(明渠流) Pipe flow 管流 pressure flow 有压流 Jet 射流 plume 卷流(羽流) cross flow 横流 Stagnation point驻点 separation point分离点 Coherent structure相干结构 bursting猝发 turbulent intensity紊动强度 Boundary layer 边界层 viscous sub-layer粘性底层 displacement thickness排挤 厚度 mixing length混掺长度 Flow field, current field 流 场 flow net 流网 Submerged discharge 淹没出 流 unsubmerged discharge非淹 没出流 Renolds number雷诺数 Froude number 佛汝德数 Prandtl number普朗特数 Courant number柯朗数 Peclet 彼克雷特数 dimensionless number无量纲 数 Streamline 流线 path line迹线 V ortex line 涡线
河流动力学概论(清华版)习题
河流动力学概论(清华版)习题 第二章 1. 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么？为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径？ 答： （1）等容粒径为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。如果泥沙颗粒的重量W 和容重γs （或体积V ）可以测定，则其等容粒径可按下式计算： 113 3 66n s V W D ππγ????== ? ????? （2）如果泥沙颗粒较细，不能用称重或体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定 其筛分粒径。设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1＜D ＜D 2。 （3）对于粒径小于0.1 mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密谋相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径。 （4）对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a ，b ，c 表示。可以设想颗粒是以通过中轴筛孔的，因此筛析所得到的颗粒的中轴长度b 。对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式： ()13 b ab c = 即中轴长度接近（实测结果为略大于）三轴的几何平均值。如果把颗粒视为椭球体，则其体积为 6 V abc π = 等容粒径为 ()11 3 36n V D abc π??== ??? 因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径（颗粒恰好通过的孔径）接近于它的等到容粒径。 2. 100号筛的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法做粒径分析？ 答：查表2-2知100号筛的孔径是0.149 mm ，当泥沙粒径小于0.1 mm 时就必须用水析法做粒径分析。 3. 什么是颗粒的形状系数？ 答：有时采用形状系数（shape factor ）来综合表示颗粒形状特点，定义如下： SF = 4. 密度、容重、干容重在概念上有什么区别？ 答：
河海大学水力学及河流动力学硕士生复试题
2005年《水力学及河流动力学》硕士研究生复试题 姓名成绩 一、填空题 1.在闸门局部开启时，随上游和下游水位的变化，过闸水流可能形成的流态有： ，，，。 2.过闸水流与下游水流的衔接形态根据 可分为，，。 3.根据下泄水流主流的相对位置，消能可分为、、 三种主要消能方式。 4.渗透破坏主要有、、、 。 5.避免渗透破坏的方法有：、、 、。 6.溢洪道布置形式有：、、 、。 7.拱形溢流坝下泄水流的主要特点是：， 。 8.高速水流常形成一些特殊的水力现象，例如： 。9.明渠水流流经河底障碍物时，若水流处于状态，则水面发生 ；若水流处于状态，则水面发生。 10.描述水流运动的三大基本方程是：， ，。 11. 建立推移质输沙率公式的指标可用：，， ，，。 12.按泥沙运动状态，可将泥沙分：，，。 13.冲积河流的河型有：，，，。 14.影响河床演变的主要因素是：，， ，。 15.影响泥沙沉降速度的因素主要有：，， ，，。 16.水流挟沙能力是： 。 影响水流挟沙能力的因素有和两类。 17.沙波按其产生和发展过程可分为：，，， ，等五个阶段。
18.用河宽、水深、流速与流量表示的横断面河相关系的表达式为 ， ， 。 19.水流动力轴线是 。 20.细颗粒泥沙具有双电层结构，其形成的束缚水由 和 组成。 二、问答题 1.简述明渠渐变流与急变流的水力特性。 2.底流消能率主要决定哪一个参数，若单宽流量增大，将对消能率产生何影响？请证明你的观点。 3.简述高水头、大流量条件下的泄洪消能布置方式。 4.分析水流掺气对生态环境的影响 5.何为河流的自动调整作用？若在河道上筑坝蓄水，坝下游河段将如何进行调整？ 6.阐述弯曲型河道的演变规律。 7.比较泥沙的起动切力与起动流速的优缺点。 8.挟沙力公式m gR U k S )( 3 *ω =右边的物理意义？要率定系数k 和指数m ， 需要收集哪些资料？运用该式时应注意什么问题？ 9.现要在天然河道中布置取水工程，应收集那些资料，进行那些问题的分析？ 10.图中有两球，已知21d d =，水深21H H >，流速21U U =，试问随着水流平均流速的增大，哪一颗球容易起动？为什么？ H 2 d1 d2
河流动力学复习要点
《河流动力学》复习要点 注意： 1.除下文中明确要求掌握的定义、公式和推导过程外，其他公式不需死记硬背。 2.对于类似于“雷诺数”这样的概念，除需掌握其定义式外，还需掌握其物理含义。 第1章：绪论 要求掌握的定义和原理：河流动力学研究内容；研究方法；与港口航道工程的关系。 第2章：水流的紊动 要求掌握的定义和原理：层流；紊流；雷诺数；紊动应力；粗糙高度K s；应对近壁流层厚度δ、对数流速分布公式(式2-20)、指数流速分布公式(式2-28)、图2-16 较为熟悉（另见P.44）。 （本章以基于理解的了解为主，大部分不需死记硬背） 第3章：泥沙特性 要求掌握的定义和原理：粒径的三种不同定义；粒径频率与级配曲线（含义）的关系；粒径分布特征值的不同定义与计算方法；分选系数（含义）；孔隙率；细颗 粒絮凝现象的表面电化学解释（双电层及絮凝的形成）；密度和容重的不同单位及 适用范围；干容重与水下休止角的概念；泥沙的沉速；沙粒雷诺数Re*定义式； 泥沙不同沉降形式的流态特征；沉速的影响因素。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9圆球Stokes公式； 9圆球紊流区公式； 9圆球过渡区公式（即通式）。 第4章：推移质运动 要求掌握的定义和原理：推移质和悬移质；两者区别及交换；泥沙的起动条件及表达方式；圆球颗粒起动的三种方式；Shields曲线特点；粘性泥沙颗粒起动的特 点。Shields数定义式；泥沙止动条件；泥沙扬动条件；沙波床面形态发展阶段； 床面阻力和河岸阻力；沙粒阻力与沙波阻力；分割水力半径的物理意义；分割能 坡的物理意义。推移质输沙率及单宽推移质输沙率的定义；对于均匀沙的推移质 输沙率，有哪些研究途径，各种研究途径的的基本思路如何。 要求掌握的公式(包括其推导过程和推导过程中涉及的相关公式)： 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滑动起动的临界条件表达式； 9无粘性均匀沙泥沙颗粒滚动起动的临界条件表达式； 9对于均匀沙情况，采用不同研究途径建立的推移质输沙率公式中，各表达了何种物理含义。 第5章：悬移质运动 要求掌握的定义和原理：床沙质和冲泻质及其划分；紊动扩散作用；施密特方程； 悬移质含沙量定义；悬浮指标表达式及其数值的含义；Rouse方程假定不足及适用
河流动力学-复习题教学内容
河流动力学-复习题
泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动
滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2 *U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。 U C C KU =,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。 沙粒阻力与沙波阻力就是动床阻力。 一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不冲不淤输沙平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推移质数量，称为推移质输沙率，以G b 表示。 推移质输沙率分五类：以流速为主要参变数、以拖曳力为主要参变数、根据能量平衡观点、从统计法则考虑以及按沙波运行规律来分析。
XX年《水力学及河流动力学》硕士生复试题
XX年《水力学及河流动力学》硕士研究生复试题 姓名成绩 试卷说明：填空题和选择题为必做题，问答题共8题，可任选4题。若考生选做超过 4题，则依所选题序，以前4题为准，以后各题均不计分。 考试时间：120分钟，总成绩：100分 一、填空题（每空0.5分，共18分） 1.按泥沙运动状态，可将泥沙分：床沙，推移质，悬移质。 2.冲积河流的河型有：顺直型，弯曲型，分汊型，游荡型。 3.影响河床演变的主要因素是：来水量及其过程，来沙量及其过程， 河谷比降，河床形态及地质条件。 4．边壁阻力和床面阻力的划分方法有两种，一是爱因斯坦的水力半径分割法， 根据此法，如将床面阻力进一步划分为沙粒阻力和沙波阻力，则床面水力半径 R b 应等于'' ' b b R R+；二是能坡分割法，根据此法，如将床面阻力进一步划分 为沙粒阻力和沙波阻力，则床面比降J b 应等于'' ' b b J J+。 5．沙波按其产生和发展过程可分为：静平床，沙纹，沙垄，动平床， 沙浪等五个阶段。 6.过闸水流与下游水流的的衔接形态根据跃后水深与下游水深的关系可分为 淹没水跃、临界水跃和远驱水跃。 7．按照主流的相对位置，消能可分为：底流，挑流和面（戽）流三种主要消能方式。 8.明渠水流流经河底障碍物时，若水流处于急流状态，则水面发生 壅高；若水流处于缓流状态，则水面发生跌落。 9.渗透破坏主要有：管涌、流土、接触流失 和接触冲刷。 10.根据上游堰高对堰泄流能力有无影响，实用堰可分为高堰和低堰。 二、选择题（每选对1个给1分，共22分） 1、悬移质泥沙根据造床作用的不同，可划分为床沙质和冲泻质，床沙质与水流条
件 a ，冲泻质与水流条件 b 。 （a ）关系密切； （b ） 关系不密切 （c ） 加阻 2、如果泥沙进入河道后一直保持悬移运动而输运入海，从不落淤到床面，则称其为___b___。 (a) 床沙质； b) 冲泻质； c) 悬移床沙质。 3、宽浅输水渠道底部为泥沙淤积形成的动床。不计边壁阻力，在其他条件都相同的情况下，当渠道底部有沙垄运动时，与渠道底部为动平整时相比，该渠道的水流阻力__a_______。 (a) 增加； (b) 不变； (c)减少。 4、作用于床面上的全部剪切力中只有一部分对沙波的形成（也即推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的 a 。 (a) 沙波阻力; (b) 沙粒阻力; (c) 突然放大损失。 5、悬沙浓度分布公式的悬浮指标* u Z κω=，若泥沙容重和水流条件不变，则泥沙颗粒越粗，悬浮指标___a___。 (a) 越大； (b) 越小； (c) 不变。 6、描述水流运动的基本方程有 a 、b 、c ： a) 连续方程；b) 动量方程；c) 能量方程； 7、工程上避免和减少空蚀破坏的措施有__a 、b 、c 。 a) 调整体型； b) 掺气； c) 使用抗空蚀材料。 8、在有压管道的管壁上开一小孔，如果没有液体流出，且向孔内吸气，这说明小孔内液体的相对压强_a___ 。 a) 小于零； b) 等于零； c) 大于零。 9、高速水流常形成一些特殊水流现象，如 a 、b 、c 等。 a) 掺气； b) 空化； c) 冲击波。 10、避免渗透破坏的方法有__a 、b 、c___ 。 a) 增大渗径； b) 降低渗透坡降； c) 降低出口渗透压力。 11、河相关系的表达式有 a 、b 、c 。 a ）11βαQ B =， b ）22βαQ H =， c ）33βαQ U = 三、 问答题（任选4题，每题15分） 1. 沙粒在水中匀速沉降时，受到哪些力的作用？这些力与绕流状态的关系如何？（15分） 答：泥沙沉降主要受到沙粒的有效重力和绕流阻力作用。绕流阻力与绕流状态有关，泥沙沉降过程中有三种绕流状态：即层流沉降、过渡区沉降和紊流沉降。
河流动力学试卷
长沙理工大学试卷标准答案 课程名称：河流动力学试卷编号：09 闭卷部分 一、名词解释(每题4分，共20分) 1.泥沙水下休止角：在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的倾斜面而 不塌落，此倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下休止角。 2.水流挟沙力：一定水流条件下的单位水体所能携带的床沙质泥沙数量。 3.泥沙异重流：异重流是指两种重率存在差异（因含沙量不同）但不大、可以相混的 流体，在条件适宜时因重率异而产生的相对运动，在运动过程中，各层流体能基本保持其原来的面貌，不因交界面上存在的紊动掺混作用而发生全局性的混合现象。 4.河道表面阻力：系床面沙粒的摩阻而引起的阻力。 5.河流近口段：自潮区界起至潮流界止的河段称为河流近口段。 二、填空(每空1分，共10分) 1.影响泥沙颗粒的沉降的因素除泥沙粒径、水流的粘滯性外还有(泥沙的形状)、(水质) 和 (含沙量)。 2.如果（泥沙）交换不平衡，则必然产生（河床变形）。河床的（变形）是绝对的，演变达到的（平衡）是相对的。 3.河床变形是由于（输沙不平衡）引起的，而变形又向着(恢复输沙平衡)的方向发展，此现象称为河床的 (水流与泥沙的自动调整作用)。 三、问答(每题10分，共20分) a)什么是水流动力轴线，弯道中水流动力轴线是任何随水位变化的? 答题要点： （1）河道中各过水断面上最大垂线平均流速所在位置的平面连线。（3分） （2）低水傍岸，高水居中；低水上提，高水下挫。（7分） b)决定异重流运动的力主要有哪些? 这些力的相对作用情况与明渠水流相比有何异同? 答题要点： （1）决定异重流运动的力主要有重力、阻力和惯性力；（4分） （2）与一般明渠水流相比重力作用显著减弱，阻力和惯性力作用相对突出。（6分） 四、计算（10分） 用水泵由河流(二元恒定均匀流)向水渠抽水。已知河流水深为5m，距河床0.5m处，含沙量为49.ON/m3，水泵取水口置于水中距河床4.0m处，试问进入水渠的含沙量为多少。若要求进入水渠的水流含沙量小于14.7N/m3，问水泵取水口应置于水中距河床什么高度范 围？[悬浮指标为0.5， z a a h a y y H s s ?? ? ? ? ? - - = ] 答案：s=8.17kg/m3；（5分） y大于或等于2.76 m。（5分） 开卷部分 五、叙述z的物理意义，说明其数值大小对悬移质含沙量沿垂线的分布的影响（10分） 答题要点： （1）z是一无因次数,称为悬浮指标.它反映了重力作用与紊动扩散作用的相对大小。（5