Общие сведения о взвесенесущих потоках
При проектировании отстойников приходится рассматривать взвесенесущие потоки, т. е. потоки, влекущие взвешенные наносы. Основные характеристики взвесенесущих потоков: твердый весовой расход Q (кг/с) — вес твердой фазы, проносимой в единицу времени через данное живое сечение:
Положим, что нам задано цилиндрическое русло (определенного поперечного сечения, с определенным уклоном и шероховатостью) и расход воды Q. Будем считать, что в данном русле имеет место безнапорное, равномерное установившееся движение. Транспортирующей способностью Q (кг/с) такого безнапорного потока называется твердый весовой расход, который получится, если мы представим, что этот поток насытился твердыми частицами (песчинками) до предела (за счет размыва русла или за счет поступающей в него твердой фазы со стороны), причем степень насыщения потока стабилизировалась.
В случае однозернистых твердых частиц (песчинок) транспортирующая способность зависит как от параметров потока, так и от крупности песчинок, поэтому ее следует связывать с крупностью перемещаемых однозернистых песчинок. В случае разнозернистых песчинок транспортирующая способность является неопределенной: при наличии песчаного русла, поддающегося размыву, поток может отбирать из числа имеющихся фракций песка (образующих русло) различные сочетания этих фракций и обргащаться имц, при этом получается и различная транспортирующая способность. Впрочем, здесь существует точка зрения, согласно которой поток должен отбирать вполне определенный гранулометрический состав наносов, в связи с чем он будет (при этом условии) иметь определенную (единственно возможную) транспортирующую способность, отвечающую заданному гранулометрическому составу разнозернистого грунта, образующего руслопотока.
Потоки, несущие количество пес/инок, отвечающее его транспортирующей способности, называют потоками, полностью насыщенными наносами (в отличие от потоков ненасыщенных и перенасыщенных).
Местной предельной мутностью воды называется мутность воды, имеющая место в той или другой точке полностью насыщенного потока.
Местной предельной концентрацией сТр твердой фазы называется концентрация твердой фазы в той или другой точке полностью насыщенного потока.,
Если твердый расход гидросмеси, движущейся в какомлибо участке русла, оказывается меньше расхода Qt, вычисленного в соответствии с формулой (24.5), то следует считать, что данная гидросмесь недонасыщена наносами. Если имеем обратное соотношение отмеченных расходов, то считают, что данная гидросмесь перенасыщена, в связи с чем русло будет заилиться (за счет выпадения из потока взвешенных частиц).
При решении подобного рода задач необходимо знать для заданного потока агр (или стр). В литературе приводится много различных эмпирических формул для расчета атр. Большинство из них относится к равномерному устаиовившемуся безнапорному потоку для условий, когда значение агр (или стр) не слишком большое. Эти эмпирические формулы имеют определенные границы применимости. Эмпирическая формула для песчаных русл
Гидравлической крупностью данной песчинки называется скорость равномерного ее падения в достаточно большом объеме покоящейся воды. Значение w0 определяют экспериментально. Практически считают, что относительная скорость перемещения (падения) тяжелой твердой частицы по отношению к движущейся воде, т. е. вертикальная проекция относительной (по отношению к воде) скорости движения частиц, равна w0. В случае ламинарного движения воды транспортирующая способность потока (в поясненном выше случае) всегда равна нулю: твердые частицы, попавшие в такой поток на большей или меньшей его длине, должны выпасть из воды на дно. Сам ламинарный поток не может обогащаться твердыми взвешенными частицами, поднимая их со дна русла. В случае турбулентного движения воды в связи с наличием поперечных пульса цнонных скоростей получаем иную картину. Здесь поток может поднимать со днарусла отдельные песчинки, образуя взвешенные наносы. Понятие транспортирующей способности потока относится только к турбулентному движению.