Исследование и моделирование процесса свободного растекания бурного потока за водопропускными сооружениями

• Автор: Косиченко, Наталья Викторовна
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: п. Персиановский
• Количество страниц: 201 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

1. Критический анализ состояния изучаемого вопроса

1.1. Объект исследования. Основные параметры двухмерного в

плане открытого водного потока

1.2. Двухмерные в плане открытые водные потоки в практике дорожного, мелиоративного и водного хозяйства. Свободное растекание бурного потока
1.3. Критический анализ методов расчта параметров бурного потока при его безнапорном истечении в широкое горизонтальное гладкое русло при свободном растекании
потока

1.4. Цель и задачи исследований.

2. Свойства свободно растекающегося бурного потока и вывод

уравнений движения потока.

2.1. Выявление характерных участков в лепестке свободного растекания потока
2.2. Вывод уравнений движения потока
2.2.1. Основные ограничения на водный поток
2.2.2. Вывод системы базовых уравнений движения водного потока из общих уравнений движения потока в естественной форме.
2.2.3. Вывод системы уравнений двухмерных в плане потенциальных стационарных потоков без учта сил сопротивления потоку для случая русла с горизонтальным дном в плоскости годографа скорости
2.2.4. Методы анализа спектра регулярных аналитических решений системы плановых потоков в плоскости
годографа скорости.
Выводы по главе 2.
3. Математическая модель процесса растекания бурного
двухмерного в плане открытого водного потока за безнапорным
отверстием в широкое отводящее русло
3.1. Двухмерные в плане бурные потоки.
3.2. Исходные физические предпосылки для двухмерных в плане открытых водных потоков.
3.3. Уравнения движения двухмерного потока в физической плоскости течения.
3.4. Вывод системы уравнений движения двухмерного в плане водного потока в плоскости годографа скорости.
3.5. Выявление свойств бурного потока при входе в расширение для дальнейшей постановки задачи растекания потока в
широкое отводящее русло без учта сил сопротивления потоку
3.6. Определение максимального угла растекания потока.
3.7. Постановка задачи для модели растекания потока за безнапорным отверстием в физической плоскости течения
3.8. Постановка и решение задачи свободного растекания в плоскости годографа скорости
3.9. Решение типовых задач в плоскости годографа скорости для задачи свободного растекания бурного потока при г0 4.
3 Решение задач по определению параметров свободно растекающегося потока в произвольной точке физической плоскости при 1 Рг0 4.
3 Определение крайней линии тока в задаче свободного растекания бурного потока в физической плоскости за прямоугольной трубой
3 Решение задачи свободного растекания при Рг0 4 на выходе
потока из трубы НО
Выводы по главе 3.
4. Практическое использование полученных результатов
4.1. Разработка программ.
4.2. Сравнение параметров потока по модели автора и по модели
И.А. Шеренкова
4.3. Пример расчта гидравлических параметров потока для малого моста.
4.4. Расчт расстояния до створа полного растекания для выходных участков малых водопропускных сооружений по известным методикам и методу автора.
4.5. Определение параметров потока в точке набегания крайней
линии тока на боковое крепление нижнего бьефа
4.6. Определение средних глубин в рассматриваемом створе при
свободном растекании потока
Выводы по главе 4.
5. Методы оценки влияния сил сопротивления при свободном растекании потока в широкое отводящее русло.
5.1. Учт сил сопротивления потоку
5.2. Определение средних параметров условно равномерного
потока с учтом сил сопротивления.
5.3. Метод определения коэффициента шероховатости для модели
и в натурных исследованиях.
6. Доказательство адекватности модели по параметрам потока в окрестности выхода из трубы в пределах крепления сооружения
6.1. Описание экспериментальной установки
6.2. Определение степени адекватности теоретической модели и экспериментальных результатов при одинаковых параметрах
на выходе потока из трубы
6.3. Примеры сравнения крайних линий тока с учетом сил сопротивления потоку.
6.4. Примеры сравнения глубин и скоростей потока вдоль оси симметрии .
6.5. Оценка экономического эффекта от повышения точности расчта параметров водного потока в сооружениях дорожного
водоотвода.
В ы воды по главе 6
Заключение
Литература


Силы сопротивления потоку как внутреннего трения, трения о стенки русла, так и порожднные турбулентностью, учитываются слагаемыми Тх, Ту. В зависимости от степени ограничений на модельный поток полагают г0 0 или г0 0 тх ту о или Тх 0 Ту 0 движение потока полагают вихревым или безвихревым. Аргументами в уравнениях системы 1. Модель двухмерного в плане водного потока может быть использована как для расчта параметров потока за трамплинами с плоским дном без боковых стенок, так и за трубами прямоугольного и круглого сечения , а также за малыми мостами рисунок 1. Поток за концевым сечением быстротока имеет возможность растекаться на горизонтальной поверхности. В результате бурный поток способен расширяться в пространстве, скользя вдоль плоскости дна. На рисунке 1. Двухмерное в плане течение водного потока встречается и в каналах для переброски стока в местах сопряжения каналов различной ширины. Рисунок 1. Рисунок 1. Сопрягающий участок может быть выполнен как с прямолинейными стенками, так и с криволинейными стенками. Дно при этом может быть как плоским, так и пространственным. Для пропуска воды на пересечениях водотоков с железными и автомобильными дорогами устанавливают различные искусственные сооружения мосты, водопропускные трубы, лотки, а в некоторых случаях акведуки, дюкеры, фильтрующие насыпи. Искусственные водопропускные сооружения подразделяют на малые, средние и большие. Трубы, мосты длиной до м, лотки, дюкеры, акведуки и фильтрующие насыпи принято называть малыми искусственными сооружениями. При строительстве железных и автомобильных дорог наибольшее распространение получили водопропускные трубы, которые сооружаются примерно через каждые 0 м транспортной магистрали . Широкому применению труб способствует то, что они не нарушают целостности земляного полотна, используются при любых сочетаниях плана и профиля дороги и стоимость их ниже стоимости других водопропускных сооружений, способных обеспечить пропуск аналогичных расходов воды. Водопропускные трубы и малые мосты с отверстием до м имеют укрепленные русла и по условиям протекания воды через отверстие соответствуют водосливу без порога, то есть водосливу с нулевой высотой порога. Шириной отверстия труб называют наибольший размер отверстия в плоскости, нормальной к направлению течения. Для круглых труб шириной отверстия является их внутренний диаметр. Отверстие моста сумма горизонтальных размеров свободного пространства под мостом, измеренного на отметке расчетного уровня высоких вод. Ширина отверстий труб и малых мостов, как правило, меньше ширины естественного потока до водопропускного сооружения, поэтому в результате сжатия потока с боков получается водосливное отверстие. Водослив без порога является частным случаем водослива с широким порогом и поэтому гидравлический расчет малых мостов с укрепленным руслом и безнапорных водопропускных труб основывается на использовании теории водослива с широким порогом. По форме поперечного сечения водопропускные трубы подразделяют на круглые, прямоугольные, параболические и овальные, а по материалу, из которого они изготовлены, на бетонные, железобетонные, металлические и каменные. В соответствии со СНиП 2 Мосты и трубы отверстия и высоту просвета труб назначают, как правило, не менее 1 м при длине трубы до м и 1, м при длине трубы м и более. На автомобильных дорогах ниже II категории отверстия труб допускается принимать меньшего размера 0, м при длине трубы до м и 0,5 м на съездах при устройстве в пределах трубы быстротока и ограждений на выходе. Водопропускные трубы, как правило, устанавливают с входными и выходными оголовками, форма и размеры которых обеспечивают условия протекания воды и устойчивость насыпи, окружающей трубу. Типы водопропускных труб и оголовков, существующих на дорогах в России, приведены на рисунке 1. В последних типовых проектах круглых и прямоугольных труб наибольшее применение нашли раструбные оголовки с углом раструбности аь см. Металлические гофрированные трубы допускается устраивать без оголовков. Рисунок 1. Гидравлические расчты водопропускных труб выполняют в зависимости от гидравлического режима их работы.