Трехмерные течения и их влияние на устойчивость трапецедальных каналов

• Автор: Шнипов, Федор Данилович
• Шифр специальности: 05.14.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Минск
• Количество страниц: 320 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ССРЕДНЕННЫХ СКОРОСТЕЙ И ТУРБУЛЕНТНЫХ НАПРШЕНИЙ В ОДНОРОДНЫХ ПО ДЛИНЕ

ПОТОКАХ НЕКРУГЛОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ .

IЛ Теоретические исследования распределения по

сечению поперечных скоростей .

1.2. Поперечные течения в прямолинейных неравномерных потоках

1.3. Экспериментальные исследования

1.4. Полуэмпирические методы расчета продольных осредненных скоростей без учета поперечных течений
Выводы
2. ТРЕХМЕРНАЯ ЗАДАЧА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСРЕДНЕННЫХ СКОРОСТЕЙ В ОДНОРОДНЫХ ПО ДЛИНЕ ПОТОКАХ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОГО
СЕЧЕНИЯ
2.1. Дифференциальные уравнения движения .
2.2. Замыкание системы уравнений движения .
Выводы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ПОЛЯ ОСРЕДНЕННЫХ СКОРОСТЕЙ И ТУРБУЛЕНТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
3.1. Экспериментальные установки .
3.1.1. Циркуляционная установка
3.1.2. Большой гидрометрический лоток
3.1.3. Магистральный канал Красноармейской оросительной системы .
3.1.4. Исследования возможности изучения на установках трехмерного поля скоростей и турбулентных напряжений
3.2. Приборы и методика измерений
3.2.1. Методика измерения осредненных скоростей
и турбулентных напряжений термоанемометром постоянной температурь ТШ .
3.2.2. Приборы и методика измерений осредненных скоростей в большом гидрометрическом лотке
и натурном канале
3.3. Оценка погрешностей измерений .
3.3.1. Погрешности измерения осредненных скоростей и турбулентных напряжений в
лотке циркуляционной установки
3.3.2. Погрешности измерения осредненных скоростей в большом гидрометрическом
лотке и натурном канале
3.4. Результаты экспериментальных исследований
3.4.1. Распределение осредненных скоростей и турбулентных напряжений в лотке циркуляционной установки .
3.4.2. Распределение осредненных скоростей в большом гидрометрическом лотке .
3.4.3. Распределение осредненных скоростей в натурном канале
Выводы.
ЧИСЛЕННОЕ РЕШЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ЗАДАЧИ .
4.1. Выбор и совершенствование методики расчета полей производных продольной осредненной скорости .
4.2. Расчет распределения по сечению кинематического коэффициента суммарной вязкости первое приближение
4.3. Численные значения коэффициентов в модели турбулентности
4.4. Основное уравнение для расчета поперечных компонентов осредненной скорости. Выбор граничных условий .
4.5. Вычисление коэффициентов дифференциальных уравнений в потоках с неоднородной по
периметру шероховатостью
4.6. Аппроксимация дифференциальных уравнений. Метод решения систем разностных уравнений .
4.7. Расчет поперечных осредненных скоростей и сравнение с экспериментальными данными .
Выводы
ГИДРОДИНМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫХ КАНАЛОВ
5.1. Влияние поперечных течений на устойчивость
сечений земляных каналов
5.2. Гидродинамическое обоснование инженерных мероприятий по повышению устойчивости русел каналов .
5.2.1. Гидродина че с кое обоснование параметров устойчивых сечений трапецеидальных
каналов
5.2.2. Инженерные мероприятия по повышению устойчивости русел каналов .
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Переход к моделированию течений в потоках сложного сечения требует дальнейшею развития модели 0, 0. А. Иакаушши ДР 3 для замыкания уравнений осредненного течения использована алгебраическая модель напряжений 6, получившая развитие в работах Гесснера , . Выполненные сравнения расчетных турбулентных характеристик с экспериментальными данными в потоках различной формы поперечного сечения показывают удовлетворительное качественное согласование и существенное количественное различие. Метод расчета 3 имеет недостатки, характерные для модели напряжений Гесснера . В работах В. А.Беспрозванных, В. А.Шваба , основное внимание уделено исследованию турбулентного течения в канале квадратного сечения и анализируется возможность использования локальноравновесных алгебраических моделей напряжений для расчета течений в каналах сложной формы. В основу положена модель второго порядка 7, которую авторы , пытаются усовершенствовать, вопервых, путем учета вклада конвективного и диффузионного членов в общий баланс напряжений Рейнольдса, вовторых, введением поправки влияния граничных поверхностей на член, описывающий взаимодействие пульсаций скорости и давления. Полученные уравнения переноса для компонентов на
пряжений Рейнольдса, использовались для расчета течения в квадратном канале. В то же время использование полных уравнений переноса напряжений требует решения системы дифференциальных уравнений в частных производных, что вызывает существенные трудности 0. При его определении автор 2 использует эмпирически установленный факт, что в потоках некруглого поперечного сечения по нормали к стенке безразмерные нормированные к локальной динамической скорости среднеквадратические отклонения поперечных компонентов пульсационной скорости и кинетической энергии являются линейными функциями среднеквадратического отклонения продольной пульсационной скорости. Тогда 1. Зависимость 1. Расчет осредненных скоростей в канале, образованном пучком стержней, дает хорошее согласование с экспериментальными данными. Однако подобный подход к определению турбулентных напряжений является эмпирическим, т. Кроме того, в потоках с неоднородной по периметру шероховатостью определение положения гидродинамической оси представляет собой довольно сложную задачу. Таким образом, использование для замыкания системы уравнений осредненного течения моделей турбулентности второго порядка с неизотропной турбулентной вязкостью различные модификации локальноравновесных алгебраических моделей напряжений Рейнольдса позволило добиться существенных результатов в разработке методов расчета трехмерного поля осредненных скоростей в потоках некруглого сечения. При расчете течений в потоках сложного сечения с существенным изменением характеристик вдоль периметра они могут оказаться несостоятельными , так как в этом случае конвективное и диффузионное слагаемые могут вносить заметный вклад в баланс нормальных турбулентных напряжений. Использование алгебраических моделей напряжений при расчетах течений с шероховатыми границами и с неоднородной по периметру шероховатостью требует дальнейшего обоснования. Другой подход к расчету поперечных течений получил развитие в работах Д i i ii И др. В качестве исходных приняты уравнения движения в напряжениях. Использование такой системы координат позволяет исключить касательные напряжения в продольной плоскости, нормальной к изотахам. Система I. II позволяет при известном поле продольных скоростей и касательных напряжений рассчитать поперечные компоненты осредненной скорости. В более поздних работах 5, 6, 7, 8 предложенный
в 9 метод расчета обобщается на случай неоднородного по длине потока с произвольным поперечным сечением и рассматривается влияние поперечных течений на деформацию русел, транспорт взвешенных наносов, распределение касательных напряжений, в том числе и по периметру. ЭЕ. Кармана. Распределение касательного напряжения представлено в виде полинома 2й степени, коэффициенты которого вычислены из граничных условий. На наш взгляд, получение такой информации во многих случаях затруднительно. В основу метода расчета поперечных течений, разработанного Э.