ФАКТОРЫ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ОТРЫВ ЧАСТИЦ ОТ ДНА И ДВИЖЕНИЕ ИХ ПО ДНУ ПОТОКА
На частицу, лежащую на дне потока, в общем случае действуют следующие силы: вес частицы в воде Рь лобовое давление Р2, подъемная сила Р3, сила трения Р4 жидкости, обтекающей частицу, и сила Р5, обусловленная наличием градиента давления по длине пото-
Если частица одиноко лежит на гладком дне потока или значительно выступает из среды окружающих ее частиц, то основная сила, которая действует на частицу, будет лобовое давление, которое заставит частицу катиться или скользить по дну потока. При достаточно большой скорости частица перейдет во взвешенное состояние. Если частица мала или незначительно выступает из среды других частиц, то силы лобового давления и влечения за счет трения будут пропорциональны скорости в первой степени; если частица крупная или значительно выступает из придонного слоя жидкости, то лобовое давление и трение могут быть приняты пропорциональными квадрату местной скорости — скорости, отнесенной к центру тяжести миделева сечения частицы. В уравнение силы, действующей на достаточно крупную частицу, войдут, очевидно, два члена: со скоростью в первой степени и со скоростью во второй степени.
В последнем случае, т. е. когда частица выступает из придонного слоя жидкости, величина действующей силы будет равна
Для малых частиц можно ограничиться первым членом, а для крупных — вторым и третьим, как преобладающими.
Из баланса действующих сил условие тро- гания частицы можно записать в следующем виде:
В условиях гидротранспорта в движение иногда увлекается значительная толща материала (слоем до 100 мм) в виде густой плывунной массы. Скорость движения этой массы книзу убывает, и на некоторой глубине замечаются только спародические перемещения конечных масс уже покоящегося материала, а еще глубже это движение прекращается и отложения на дне трубы (лотка) в этой зоне остаются постоянно неподвижными.
Как указывалось ранее, с увеличением концентрации твердых частиц в потоке турбулентность его «сглаживается»; турбулентное перемещение, вполне эффективное в процессе переноса твердых частиц, при малых насыщениях угасает и в механизме переноса твердых частиц начинают преобладать другие факторы, которые по своей природе отличаются от турбулентного перемешивания и тесно связаны с изменяющимся градиентом скоростей при насыщении потока твердыми частицами и взаимодействии последних между собой.
Исследования А. П. Юфина показали, что при гидротранспорте по трубам диаметром 250, 300, 350 и 450 мм чистого кварцевого песка при некоторых средних скоростях потока «потолок взвешивания» устанавливался на определенной высоте, обычно близкой к половине диаметра трубы. Через прозрачные вставки в трубах было отчетливо видно, что над нижней частью потока, насыщенного песком, резко разграничивалась область почти прозрачной воды, в которую никакое турбулентное перемешивание уже не могло занести даже небольшое количество песчинок. Эти наблюдения подтверждают до некоторой степени идеи Дюпюи о слоистом движении наносов, обусловливаемом преимущественно разностью скоростей по вертикали потока.