一种渗流运动规律的测量方法_3

文档序号:9764822阅读:来源:国知局
体在运 行中的变形通常被看做是流体的波动。流体在作用控制下能够形成各种各样的波动状态。 [0 13引i、流体波动的分类
[0136] 从波动与作用之间的关系角度来看,流体波动可划分为=种类型:
[0137] a、静止流体的波动:积聚在某个空间区域的流体在外作用控制下的波动。波动特 点:波动由外作用引起;波动从受作用面开始向波前面传递;由受作用和波前面上的流体质 点传递;波动质点在原位置附近作往复振动。流体的运种波动现象叫被动波。
[0138] b、运动流体的波动:流体在运行环境中物质的控制下的波动。波动特点:波动由流 体自身的运行和阻碍作用引起;波动从流体源头流出时开始,逐渐向波前面运行;波动靠流 体自身的运行动力控制,不需要它质点传递;波动质点在流体运行方向线附近作振动。流体 的运种波动现象叫主动波。
[0139] C、流体的內变波动:微观运动物质,如光子,入射到流体内部、对流体内部质点形 成作用,使其获得动量、形成差异运动,然后在它质点的束缚下作往复振动和链锁往复振动 和波动的现象。运种波动现象叫内变波动。
[0140] ii、流体波动与其控制因素之间的关系方程
[0141 ] a、静止流体的波动方程--被动波波动方程
[0143]式中,y表示波动质点的纵坐标位置;A表示触发波动现象发生的触发作用量,而
表示触发作用分配给波源受作用面上质点P的部分作用量,即,它等于作用 在单位波源受作用面上的作用量;O表示应力;S表示波源或波前受作用面面积;P表示波前 或波源受作用面上质点的质量;R表示波前或波源受作用面在波动中受到的阻力;E表示波 动性指数(虚度,其含义很多,包括可变性、活动性、不稳定性、塑性等等);T与E的含义相反, 指抗波动指数(实度,其含义也很多,包括弹性、稳定性、不可塑性等等);F表示驱动波源面 或波前面运动的驱动作用力;X表示波前与波源之间的距离;U表示波的传播速度;t表示波 的传播时间。
[0144] b、运动流体的波动方程--主动波的波动方程:
[0146] 式中,y表示波动质点的纵坐标位置;A表示触发波动现象发生的触发作用量,等于 波动质点的动量;P表示波动质点的质量;R表示波动质点受到的阻力;E表示波动性指数(虚 度,其含义很多,包括可变性、活动性、不稳定性、塑性等等);T与E的含义相反,指抗波动指 数(实度,其含义也很多,包括弹性、稳定性、不可塑性等等);x表示波前与波源之间的距离; U表示波的传播速度;t表示波的传播时间。
[0147] C、微观运动物质在流体内运行激发流体波动的波动方程一一内变波动的波动方 程:
[0149] 式中,y表示波动质点的纵坐标位置;A表示触发质点波动的触发作用量;P表示波 动质点的质量;R表示波动质点受到的阻力;E表示波动物质的虚度;T表示波动物质的实度; A表示波动质点受的驱动作用量。
[0150] 化、流体波动方程的确定方法
[0151] 根据作用学给出的作用对立统一方程组
和实际问题,确定流体波动 现象中的作用方程、虚作用方程和实作用方程、虚度函数和实度函数,然后,根据它们之间 的关系规律建立描述流体运动的基本方程(波动方程)。
[0152] 控制波动的作用量,在运里仅指激发和控制波动现象发生与运行的主动作用量。 主动作用量由作用物质产生,如被动波的形成是触发性的冲击碰撞作用,其作用量等于作 用物体在触发作用时的动量;再如,光子在大气中运行,其自身在大气分子的作用下波动, 同时引起大气分子的波动,其作用量等于光子自身的动量。
[0153] 激发静态流体波动、使流体产生被动波的外作用量一般等于外作用物体的动量损 失量。例如,一个质量为M、运动初速度为UD=(V^aot)、末速度(冲击流体W后的运动速度) 为Ut的重物对静止水库水面产生的作用量是
[0154] A=M(vo+aot)-Mut ;
[0155]控制流体作主动波波动的作用量等于流体的动量,如在流入水源的水流量为Q、水 源水位为H、流出水源的流量为q、流出区域水位为h、水源水位分布面积为Ss、流出断面面积 为S、通率为E的流体运动系统中,断面S与水源的最小距离是x、Q在通道中波动运行的速度 (波速)是U、断面S接受的作用量是
[0157]断面S接受的虚作用量为
[0159] 断面S接受的实作用量为 .-Jt
[0160] 矣成(//-/?)如和Af = EA . Jo
[0161] 波前面的虚度函数是一种比较难W确定,但可W确定。设波前面自身的孔隙度为 EiO,波后面的虚度为Ei-I,则有波前面的即时虚度为
[0162] Ei = Eit = Ei-IEiO;
[0163] 同理,波前面的实度与波后面的实度之间的关系式为
[0164] Ti = Tit = Ti-ITiO.
[0165] 在此基础上可W根据实际问题建立描述流体实际波动的各种方程。
[0166] iv、流体波动规律的测量
[0167] 流体波动规律的测量实际上就是测量上述函数中的设及的各种量,主要包括流入 流量、流出流量、波前面面积、波前与波后面孔隙度、流体密度、波前波后水头高度、波后水 头分布面积。测量方法是实测或实地勘测。
[0168] V、建立流体波动运行与其控制因素之间的关系方程:
,主动波,捆漱流运行中的波动;: 被动波,如水面出现的波动。
[0170]进而解决实际问题或解决预测问题。可见,传统理论关于"渗透性质是常数"的观 念是错误的。
[0171 ]实用举例:有一段河流,河流水从0点运行到n点,河道长度为L,水流运行的波前面 有n个,相应,河道下渗分段也有n个。0点处的河水水流量为Q(补给流量),每段河道的下渗 率分别为Ei、E2、…、En,每个波前面S的渗流率(通率)分别为抗1、抗2、…、Ebn,任意波前面的面 积用S表示,任意波前面与0点(波源)之间的距离为X,通过任意波前面渗流的渗流量是qi = q,水流在河道中运行的速度(波速)是U,请描述河流的波动规律,并说明河流运行环境的性 质及其与流量Q之间的关系规律。
[0172]解:根据作用学理论,河流运行的完整方程是 叫滞流波;
叫渗流波。
[0174]控制渗流连续性、波动性的关键因素是渗流断面的通行性质E值,E值随渗流运行 位置的改变不断变化。其中,E值不仅包含波前面的渗透性特征,而且,还受旁侧下渗断面的 下渗性质控制,还与河道的曲折及倾斜状态相关,也与它本身的性质关系密切。通过研究与 实验得知,E值的变化规律可由W下函数表述:
[017 引 E= [ (I-Ei) (l-E2)(l-E3)'''(l-Ei)EbiEb2'''Ebn]=TiT2'''TnEbiEb2'''Ebn;
[0176]式中,Ei、E2、…、Ei、Ebi、Eb2、…、Ebn分别是引例给出来的波前面和下渗段断面的渗 透率;Ti、T2、…、Tn分别表示各个下渗段的滞流率,分别是Ei、E2、…、En的反量。代入渗流运动 方程
,有
[0178] 式中,不同波前面的实际渗水率(通率化1值总是不同,即使河道渗流条件不变化, E值也随波前面的改变而改变。可见,在渗流现象中的百变魔女是E值或T值,研究运种变化 敏锐的多变性质特征值是渗流学研究中的重点与难点。
[0179] 根据
,可通过分段测量渗入流量化和渗出流量qi,通过比值
来获得不 同区段河道运行环境的性质指标,进而掌握渗流环境的整体特性。运就是渗流环境特性研 究的基本方法。运种性质研究工作就是一种多处测量与计算的工作过程,工作量大,但并不 难。
[0180] 在上述讨论中,水流在渗流运行过程中没有强度较大的滞流,所W,在河道中没有 太多积水,不形成突出的水位高度和水
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