Развитие методов гидравлических расчетов речных потоков и элементов руслового процесса

• Автор: Волынов, Михаил Анатольевич
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 308 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ДИНАМИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ КИНЕМАТИКИ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ
1.1. Анализ динамических уравнений и критериев, определяющих движение равномерных и неравномерных турбулентных потоков
1.2. Преобразование уравнений Навье—Стокса в уравнения Рейнольдса и их анализ с учетом значимости слагаемых
1.3. Связь между пульсациями скоростей и давлений в турбулентном потоке
1.4. Энергетические уравнения осредненного и пульсационного движе-ния. Составляющие энергетического баланса
Глава 2. АНАЛИЗ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И ЭМПИРИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ
2.1. Структура речной турбулентности и ее характеристики
2.2. Феноменологические теории. Исходные гипотезы и ограничения
2.3. Решения, основанные на методах размерности, подобия и автомодельности
2.4.Эмпирические зависимости для осредненных и пульсационных кинематических характеристик турбулентных потоков
2.5.Сопоставление и экспериментальная проверка полуэмпирических методов
Глава 3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЧЕНИЯ НА ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКАХ РЕЧНЫХ РУСЕЛ
3.1. Взаимная согласованность между распределением скоростей в потоке и его гидравлическим сопротивлением
3.2. Анализ адекватности гидравлических характеристик течения и сопротивления осесимметричных и плоских течений
3.3. Методика определения эквивалентной шероховатости и коэффициента Шези по профилям скорости логарифмического и степенного вида
3.4. Выделение «гладкой» составляющей при квадратичном режиме гидравлического сопротивления

3.5. Особенности гидравлического сопротивления саморегулирующихся речных русел
Глава 4. ПРИНЦИП ЛОКАЛЬНОГО КИНЕМАТИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ ТЕЧЕНИЙ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ В РЕЧНЫХ ПОТОКАХ
4.1. Принцип локального кинематического подобия течений. Логарифмическое и степенное распределение скоростей в турбулентных потоках..
4.2. Объекты натурных исследований, технология измерений осредненных скоростей в речных потоках
4.3. Дефицит средней скорости, параметр Кармана, единый логарифмический профиль скорости для всех режимов сопротивления русла
4.4. Динамическая скорость как параметр кинематического подобия и ее определение по профилям скорости логарифмического и степенного вида
4.5. Проверка логарифмического и степенного распределения скоростей данными натурных измерений в речных потоках
4.6. Аналитическое обоснование гидравлического инварианта для течений в трубах, каналах и речных потоках
Глава 5. ПРОЦЕССЫ РАЗМЫВА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОСАЖДЕНИЯ НАНОСОВ НА ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКАХ РУСЕЛ
5.1. Речной поток и русло как саморегулирующаяся динамическая система. Физико-механические свойства русловых грунтов
5.2. Условия взвешивания частиц крупнозернистых русловых грунтов турбулентным потоком
5.3. Размыв русла в грунтах, обладающих сцеплением
5.4. Анализ ускоренного движения взвешенных частиц в потоке и их взаимодействие с турбулентностью
5.5. Расчет распределения мелкой взвеси в речном потоке
5.6. Особенности процесса осаждения мелкой взвеси в турбулентном потоке
5.7. Уточнение критерия устойчивости речных русел
Глава 6. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ НА ПЕРЕКАТАХ И В РЕЧНЫХ
ИЗЛУЧИНАХ. ПЕРЕНОС ПРИМЕСЕЙ И РАЗВИТИЕ ГРЯДОВЫХ ФОРМ
6.1. Уравнение импульсов в расчетах течения на речных перекатах

6.2. Расчет течения на речном перекате при различных гипотезах гидравлического сопротивления
6.3. Анализ распределения скоростей в потоке на повороте речного русла
6.4. Влияние плановой геометрии русла на диффузию и конвективную дисперсию примеси
6.5. Анализ процессов размыва и грядообразования на прямолинейных участках и в излучинах рек
6.6. Процесс возникновения и развития грядовых форм на повороте речного русла
6.7. Стабилизированные грядовые формы на повороте водного потока в размываемом русле
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

вихрей к наиболее мелким, в которых благодаря вязкости диссипирует в тепло. Вихри движутся относительно дна со скоростями, близкими к осредненной скорости движения жидкости; большим масштабам вихрей соответствуют более низкие частоты следования, меньшим - более высокие частоты.
Вихри определенной частоты со и масштаба несут часть е(со) энергии турбулентных пульсаций IV, при этом вся энергия турбулентности может представляться в виде:

Ж = е(со) й?со. (2.6)

Распределение энергии е пульсаций по частоте (со) называется частотноэнергетическим спектром.
В типичном частотно-энергетическом спектре турбулентного потока (рис. 2.2) выделяют четыре характерных области [151, 175]:
1. Область наиболее крупных (низкочастотных) вихрей, получающих энергию непосредственно от осредненного течения.
2. Область энергонесущих вихрей, в пределах которой сосредоточено до 70% всей энергии турбулентности. В этой области энергетический спектр имеет максимум.
3. Инерционная область, в которой происходит только передача энергии по спектру от энергонесущих к более мелким вихрям.
4. Область мелких (высокочастотных) вихрей, в которой происходит вязкостная диссипация энергии турбулентности.
Инерционная область и область вязкостной диссипации содержат вихри малых масштабов и считаются зоной, в которой турбулентность находится в статическом равновесии и не зависит от интегральных характеристик течения. Согласно [94], турбулентность здесь является локально-изотропной.
Крупные и энергонесущие вихри яв.ляются существенно неоднородными и анизотропными. Их размеры характеризуются локальным масштабом турбулентности, величина которого изменяется в зависимости от положения точки наблю-