24)Движение взвшенных наносов. Распределение концентрации по вертикали.

Перенос тяжелых твердых частиц турбулентным потоком во взвешенном состояние возможно, когда средняя величина скоростей начинает превосходить гидравлическую крупность.

Среднее значение вертикальных пульсационных скоростей близки к значению динамической скорости: (характеризует касательные напряжения на дне)

Отношение объема твердых частиц к выделенномуму объему жидкости и частиц называется объемной концентрацией наносов. Отношение массы твердых частиц к выделенному общему объему частиц называется массовой концентрацией или мутностью(г/м³).

Если поперечные размеры твердых частиц малы по сравнению с поперечными размерами потока, то в написанных выражениях можно перейти к перделу, получая значение концентрации в точке. Для объемной концентрации будем иметь:

Отсюда массовая концентрация в каждой точке равна: S_m=𝜌S

Объемная концентрация – безразмерная величина; массовая концентрация г/м³ .

Так же как и скорость, концентрация наносов в каждой точке турбулентного потока пульсирует.

Распределение осредненных концентраций наносов по вертикали неравномерны от поверхности ко дну концентрация возрастает. Чем крупнее взвешенные частицы, тем оно возрастает резче.

Элементарный массовый расход взвешанных наносов выражается интегралом:

q_{sm взв}= , где Sm*𝜈-называется единичными расходом наноса. рис 25

Чтобы получить полный массовый расход взв.наносов попер.сечения потока, надо выражение элемент.расхода проинтегрировать по ширине русла: Q_{sm взв}=

Разделив элементарный расход наносов на элементарный расход воды и весь расход наносв на полный расход воды, получим величины средней конценирации наносов (среднюю мутность), соответственно, на вертикали и в живом сечении: ,

Вертикальные перемещения твердых частиц происходит в следствие двух причин:

1. действие на частицы силы тяжести

2. действие на них беспорядочного движения турбулентного потока.

В силу первой причины все частицы падают в воде со скоростью, равной гидравлической крупности. Этот поток направляет сверху вниз. Он обеспечивает перенос массы через единицу площади горизонтальной поверхности в единицу времени.

В результате турбулентного перемешивания через единицу площади горизонтальной поверхности за некоторое время t вверх и вниз проходят одинаковые объемы смеси жидкости и наносов. Только массы этих объектов различны.

Турбулентное перемешивание создает перенос массы наносов снизу вверх из области высокой концентрации в область с низкой концентрацией. Плотность этого потока выражается:

-D_т* , где D_т –коэффициент турбулентной диффузии

Знак «-» показывает, что поток направлен в сторону убывания концентрации, т е снизу вверх, т о имеем два вертикальных потока:

1)гравитационный (сверху вниз)

2)диффузионный (снизу вверх)

Для того, чтобы распределение концентрации по вертикали не изменялось, эти потоки должны быть равны. Коэффициент турбулентной диффузии значительно меняется по вертикали по следующему закону:

D=χ 𝜈͓ h (1- , где χ- параметр Кармана, ͓= – динамическая скорость

Концентрация наносов по вертикали определяется по формуле:

Sm(𝜂)=Sn(d)(

Чтобы рассчитать распределение концентрации этой формуле, необходимо знать величину концентрации в точке вертикали, где 𝜂=а. Эта точка, т е высота а, на которой концентрация должна быть измерена, берется в нижней части вертикали, где концентрация наносов достаточно велика.

Если наносы неоднородны, то вычисления ведутся отдельно для каждой фракции. Расчет концентрации по формуле дает нам значение концентрации у дна, котое измерить в реальных условиях мы не можем.