Экспериментальное изучение волн перемещения, образующихся при частичном разрушении плотины

• Автор: Чеботников, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Теоретические и экспериментальные исследования волн перемещения

анализ литературы и состояния изучения проблемы.

2 Экспериментальные установки и методы измерений.

2.1 Экспериментальные установки

2.2 Измерительная аппаратура.

2.3 Метод определения параметров волн но сигналам волномеров.

2.4 Тестовые опыты и случайная погрешность измерений.

3. Результаты основных опытов

3.1 Схема эксперимента, терминология и обозначения.

3.2 Опыты с прораном в виде водослива с тонкой стенкой и боковым ноджатием
3.3 Проран в виде водослива с широким порогом и боковым.поджатисм
3.4 Проран в виде прорези, достигающей дна канала
3.5 Коэффициент расхода прорана в плотине трапецеидального профиля
3.6 Параметры волн в верхнем бьефе.
4 Использование полученных экспериментальных данных для анализа
некоторых методов расчета
4.1 Базовые теории.
4.1.1 Полное разрушение плотины в канале с ровным горизонтальным дном.
4.1.2 Распад разрыва над уступом дна канала.
4.1.3 Различие случаев полного и частичного разрушения плотины
4.2 Методы расчета волн при частичном разрушении плотины на основе первого приближения теории мелкой воды
4.2.1 Метод С. А. Христиановича.
4.2.2 Метод 1.
4.2.3 Метод 2.
4.2.4 Метод 3.
4.2.5 Метод 4.
4.2.6 Иллюстрация влияния потерь энергии
4.2.7 Сравнение методов 1 и 3.
4.2.8 Полученные экспериментальные данные о коэффициенте потерь энергии.
4.2.9 Экспериментальная проверка метода С. А. Христиановича
4.2. Экспериментальная проверка метода 4
Заключение
Литература


Если число Фруда бурного потока не намного превышает единицу, то образуется гладкий ондулярный прыжок. При больших числах Фруда образуется прыжок с вальцом в головной части. В промежуточном диапазоне за вальцом имеются ондуляции - нелинейные колебания уровня свободной поверхности, достаточно быстро вырождающиеся по мере удаления от вальца прыжка. В определенных условиях размах ондуляций сравним с высотой основного прыжка. Уравнения Сеи-Венана ондуляции не описывают. Для описания реальной формы развитого прыжка при больших числах Фруда эффективна также двухслойная модель первого приближения теории мелкой воды с учетом турбулентного перемешивания [, , ]. Теоретический анализ разрывных решений уравнений первого приближения теории мелкой воды и уравнений Сен-Венана содержится в [6, -]. Для данной работы существенно, что в [6] рассмотрен случай частичного разрушения плотины. В этой работе считается заданной эмпирическая информация о коэффициенте расхода при истечении через проран. С развитием вычислительной техники появилась возможность выполнять численные расчеты волн попуска, паводковых волн и волн после разрушения плотины на основе уравнений Сен-Венана на больших интервалах времени в реальных руслах с широкими поймами, боковыми притоками и разнообразными гидравлическими сопротивлениями. Определяющий вклад в развитие этого направления внесли работы Н. А. Притвиц, Г. П. Скребкова, М. Т. Гладышева, А. А. Атавина, С. М. Шугрина, А. В. Г. Судобичера, В. С. Никифоровской, А. С. Овчаровой, выполненные по инициативе и под руководством О. Ф. Васильева (ныне академика) в Сибирском отделении АН СССР в -хх гг. XX в. Эффективный метод сопряжения потоков в основном русле и в пойме разработали сотрудники научно-исследовательского и проектно-изыскательского института Гидропроект В. М. Лятхер, А. Н. Милитесв, В. В. Беликов [, , ]. Определяющий вклад в развитие соответствующих численных методов внесли российские ученые С. К. Годунов, В. С. Рябенький, Б. Л. Рождественский, В. И. Полежаев, А. А. Самарский, Н. А. А. Дородницин, О. М. Белоцерковский, С. М. Белоцерковский, Г. И. Марчук, Ю. И. Шокин, А. Ф. Воеводин, В. В. Остапенко. Сен-Венана. Один из первых примеров был получен в Институте гидродинамики СО АН СССР при расчете паводков на реке Зея. В настоящее время созданы стандартные программы таких расчетов. Реклама о них содержится в 1гйегпе1 []. Обзор работ, посвященных применению уравнений Сен-Венана к задаче о разрушении плотины, в [3, -]. Уравнения Сен-Венана применяются не только в задачах гидравлики открытых русел. В работе [] приведен метод расчета на основе этих уравнений гидродинамических процессов в судоподъемнике и в судоходном шлюзе. Они используются также при расчетах процесса распространения цунами [, ]. При расчетах волн после разрушения плотины к уравнениям Сен-Венана необходимо задать граничные и начальные условия в створе плотины. В схеме полного разрушения плотины граничные условия определяются из классического решения задачи на основе первого приближения теории мелкой воды [6, ]. Это решение достаточно хорошо подтверждается экспериментами [, ]. Однако на практике использовать схему полного разрушения целесообразно только для высоконаиорных арочных плотин. Другие плотины, особенно фунтовые, разрушаются лишь частично. В этом случае задание граничных условий по схеме полного разрушения приведет к значительному завышению высоты и скорости распространения волны прорыва в нижнем бьефе. При решении задачи о частичном разрушении плотины на основе классического подхода возникает проблема замыкания системы соотношений на разрыве. В створе частично разрушившейся плотины имеет место резкое изменение площади поперечного сечения русла и глубин в верхнем и нижнем бьефе, т. Чтобы получить замкнутую систему соотношений на таком комбинированном разрыве на основе законов сохранения расхода и изменения количества движения, как это принято в классической теории, необходимо дополнительно задать силу давления, действующую на уцелевшую часть плотины.