Взвесенесущего потока

Физические свойства взвесенесущего потока определяются свойствами несущей жидкости (плотностью ρ₀, вязкостью ν) и взвесей, т.е. частиц твердого материала (плотностью твердого материала ρ_т).

Плотность ρ_s гидросмеси

(10.1)

где m_s — масса объема гидросмеси; W_s — объем гидросмеси.

Концентрация гидросмеси характеризует содержание твердых частиц в объеме жидкости. Концентрация — степень насыщения достаточно мелкими твердыми веществами пространства, занимаемого гидросмесью.

Объемная концентрация С _о

, (10.2)

где W _T — объем твердых частиц, находящихся в объеме гидросмеси W_s,

W _s = W _т + W _o

W ₀ — объем жидкости (воды) в гидросмеси.

ρ_s W _s = ρ_т W _т + ρ_o W _o

или

ρ_s W _s = ρ_т W _т + ρ_o(W _s - W _т). (10.3)

Разделим данное выражение на W_s, тогда получим

(10.4)

Преобразовав зависимость (10.4), получим формулу объемной концентрации через плотности ρ_s, ρ_T, ρ₀:

. (10.5)

Массовая концентрация

(10.6)

или

, (10.7)

где m _т, m_s — массы твердого материала и гидросмеси соответственно.

Твердые частицы в гидросмеси имеют разные размеры. Поэтому в расчетах принимается средняя геометрическая крупность частиц d _ср.

Средняя крупность

(10.8)

где P_i — процентное содержание частиц диаметром d_i в общей массе материала.

Для определения среднего диаметра используется кривая неоднородности материала (кривая гранулометрического состава), содержащегося в потоке. На рис. 10.2 приведен пример кривой неоднородности грунта.

Рис. 10.2. Кривая неоднородности грунта (материала)

Неоднородность грунта (материала), транспортируемого потоком воды, играет существенную роль в определении критической скорости и гидравлических потерь. Неоднородность материала является характеристикой, выражающей отклонение размеров твердых частиц от какого-то их среднего значения. Наиболее распространенным параметром, характеризующим фактор неоднородности, является коэффициент неоднородности К_н:

, (10.9)

где d ₆₀, d ₁₀ — крупности частиц, которых содержится соответственно 60 и 10% в единице объема (массы) материала.

Значения d ₆₀, d ₁₀ находятся по кривой неоднородности грунта (смотри, например, рис. 10.2).

Средней геометрической крупности соответствует средняя гидравлическая крупность

(10.10)

Для средней крупности d _cp принимается осредненное значение коэффициента лобового сопротивления С _φ (см. гл. 4):

. (10.11)