Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.4.2: Практичне моделювання транспортування осадів

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    1348

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Механізми за навантаженням ліжка і підвішеним навантаженням досить різні. Існує звичайна практика використання окремих транспортних складів для двох видів транспорту.

    Транспортування навантаження на ліжко майже виключно визначається напругою зсуву шару, що діє на частинки осаду, які котяться, ковзають і стрибають уздовж ліжка. Отже, формулювання навантаження на ліжко часто виражаються в терміні напруги зсуву ліжка внаслідок струмів і хвиль, часто доповнюється критерієм, який описує ініціювання руху. Ці склади засновані на або усередненому за часом, або на миттєвому напрузі зсуву шару (Sect. 6.5). В останньому випадку, як правило, передбачається, що осад реагує миттєво (без затримки) на внутрішньохвильові (в межах хвильового періоду) зміни напруги зсуву. Це так званий квазістійкий підхід до перевезення вантажів ліжка. Він передбачає, що інерція (стійкість до прискорень і уповільнень) грає лише незначну роль. Це, мабуть, вірне припущення для частинок розміром менше декількох міліметрів. Як правило, коефіцієнти в формулах виведені емпіричним шляхом. У практичному застосуванні передбачається, що формули транспортування навантаження на ліжко передбачають швидкість транспортування потоку аркуша при використанні для великих параметрів щитів.

    2021-10-28 пн
    Малюнок 6.10: Транспортування навантаження ліжка відбувається в тонкому шарі навантаження ліжка близько до ліжка (між\(z = 0\) і\(z = a\)). Транспортування підвісного вантажу відбувається у верхньому шарі. Зверніть увагу, що\(z\) -координата все ще вертикально вгору, але тепер ліжко є\(z = 0\) і середній рівень води на\(z = h\).

    Транспортування підвісного вантажу відбувається над шаром навантаження ліжка. Це зображено на рис. 6.10. Флюс підвішеного осаду на певній висоті над шаром часто моделюється як продукт концентрації осаду\(c\) і\(u\) горизонтальної швидкості води, яка транспортує осад. Транспортування підвішеного осаду можна обчислити шляхом інтеграції потоку підвішеного осаду\(uc\) з верхньої частини шару навантаження шару до рівня води. Для обчислення концентрації осаду\(c\) прийнято вважати, що турбулентні дифузійні сили відповідають за транспортування осаду вгору в товщі води проти руху вниз зі швидкістю падіння. Цей підхід детально розглядається в секті. 6.6.

    Оскільки частинок осаду дають час осісти, підвішене навантаження не реагує миттєво на гідродинамічні умови. У верхній частині шару навантаження ліжка повинна бути поставлена гранична умова, наприклад, встановлена концентрація при\(z = a\) (звана еталонна концентрація) або встановлена швидкість підбору з ліжка. Оскільки транспортування навантаження на ліжко визначається надлишковим напруженням зсуву (вище критичного значення), еталонна концентрація також повинна бути функцією цього. Точна різниця між навантаженням ліжка і підвішеною навантаженням досить умовно.

    У прибережній зоні, де хвилі відіграють важливу роль у русі води, як швидкість води, так\(u\) і концентрація осаду\(c\), як правило, сильно змінюються в залежності від часу, за масштабом, порівнянним з хвильовим періодом. Однак в інженерних додатках часто використовують лише усереднений по хвилю розподіл швидкостей\(U(z)\) і усереднену концентрацію\(C(z)\) хвиль (як показано на рис. 6.10). Про обґрунтованість такого підходу йдеться далі.

    Як уже згадувалося раніше, дифузійний підхід до транспортування підвісних вантажів має реальний сенс лише у випадку плоского ліжка. У разі рифленого шару вихори скидають з рифленого русла, приносять осад в суспензію. Це організований, а не турбулентний рух. У практичних ситуаціях наявність брижі може враховуватися більшою швидкістю підбору і дифузійністю осаду (розділ 6.6).

    Зовсім іншим підходом до навантаження на ліжко та транспортування підвісних відкладень є енергетичний підхід (Bagnold, 1962, 1963, 1966; Bailard, 1981; Bailard & Inman, 1981; Боуен, 1980). Він передбачає, що певна частина енергії рідини витрачається на утримання осаду, як в навантаженні ліжка, так і в підвішеному навантаженні, в русі. Це призводить до квазістійких складів, які пов'язують навантаження на ліжко та транспортування підвішеного вантажу з миттєвою внутрішньохвильовою швидкістю на певній висоті над шаром. Енергетичний підхід буде розглядатися в секті. 6.7.

    Сума транспортної ставки навантаження ліжка\(S_b\) та ставки підвішеного транспорту\(S_s\) дорівнює загальній транспортній нормі\(S_t\):

    \[S_t = S_b + S_s\]

    Тут\(S_b\) і\(S_t\) може позначатися миттєвий або усереднений (за достатні хвильові періоди) перенесення осаду. Замість окремого моделювання навантаження на ліжко та транспортування підвісних вантажів іноді використовується формула загального навантаження, яка передбачається для прогнозування загального транспорту. Така формула загального навантаження може, наприклад, бути функцією усередненого за часом напруження зсуву шару.