Растекание двухмерного планового потока в нижнем бьефе водопропускных сооружений

• Автор: Мицик, Михаил Федорович
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 234 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА О ДВУХМЕРНЫХ ПЛАНОВЫХ ТЕЧЕНИЯХ

1.1. Недостатки дорожного проектирования и совершенствование гидравлических расчетов сооружений дорожного водоотвода
1.2. Критический анализ методов решения прямых задач теории двухмерных плановых потоков

1.3. Постановка задачи по растеканию бурного потока в нижнем бьефе гидросооружений

1.4. Основные уравнения двухмерных плановых потоков

1.5. Частные случаи уравнений течения двухмерных плановых потоков и возможные постановки задач.

Выводы по первой главе

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА РЕШЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ПО РАСТЕКАНИЮ ДВУХМЕРНЫХ В ПЛАНЕ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ ВОДЫ

2.1. Различные схемы растекания двухмерных плановых потоков

2.2. Вывод квазилинейного уравнения для потенциала скоростей плановых потоков
2.3. Приведение квазилинейных уравнений движения двухмерного потока к виду с безразмерными коэффициентами при старших производных
2.4. Вывод уравнения движения двухмерного планового потока для функции тока
2.5. Представление уравнения для потенциальной функции двухмерного планового потока в параметрической форме
2.6. Представление уравнения для линий тока в параметрической форме
2.7. Вычисление расхода потока вдоль живого сечения
Выводы по второй главе
3. НАХОЖДЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БУРНОГО СВОБОДНОРАСТЕКАЮЩЕГОСЯ ПОТОКА ЗА ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ТРУБОЙ
3.1. Постановка двухмерной плановой задачи в случае свободного растекания
3.2. Модель двухмерного бурного планового потока для случая радиального растекания
3.3. Построение формальных решений двухмерной плановой задачи для потенциальной функции, линий тока и для функции тока
3.4. Постановка двухмерной плановой задачи для потенциала потока и для функции тока в параметрической форме
3.5. Построение решения двухмерной плановой задачи для потенциальной функции
3.6. Построение модельной функции тока для двухмерного планового течения
3.7. Построение модельных функций скоростного коэффициента потока и относительной глубины на оси плана течения
3.8. Нахождение аналитического представления для эквипотенциалей потока
3.9. Нахождения расстояния до створа полного растекания потока
Выводы по третьей главе
4. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ ЗА ЛИНИЕЙ ФРОНТА КОСОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЫЖКА
4.1. Универсальный метод определения параметров косого прыжка в задачах гидравлики двухмерных в плане бурных потоков
4.2. Описание условий предельного растекания потока в нижнем бьефе за трубчатыми водопропускными сооружениями
4.3. Методика расчета основных параметров потока при свободном растекании в нижнем бьефе гидросооружений.
4.4. Примеры выполнения расчета параметров двухмерного планового потока
4.5. Выводы к четвертой главе
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И СОПОСТАВЛЕНИЕ С ТЕОРЕТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ДВУХМЕРНОГО ПЛАНОВОГО ПОТОКА
5.1 Описание лабораторной установки, оборудования, методики проведения исследований и состава опытов
5.2 Методика планирования эксперимента
5.3 Выбор масштаба модели дорожного водоотвода, автомодельность и оценка погрешностей параметров потока
5.4 Анализ результатов экспериментальных исследований
5.5 Сравнение результатов эксперимента с теоретическим уравнением для крайней линии тока
5.6 Сравнительный анализ с данными эксперимента теоретической кривой глубины на оси плана течения
5.7 Сравнение с экспериментом теоретической кривой скорости потока на оси плана течения
5.8 Сопоставление экспериментальных данных с теоретической формулой расстояния до створа полного растекания
5.9 Сравнение расчетных формул и экспериментальных данных свободно растекающегося потока с результатами других исследователей
Выводы по пятой главе
Общие выводы проведенных исследований.
Список литературы


Этот метод позволяет рассчитать параметры потока в пределах русла заданной формы, где будет происходить деформация свободной поверхности потока без существенных возмущений, в частности, без водоворотных вальцов. Суть расчета параметров бурного потока методом характеристик заключается в нанесении на свободную поверхность потока системы линий характеристик дифференциального уравнения двухмерного потока, вдоль которых вычисляются глубина потока, направление и величина осредненной по глубине скорости, причем характеристики совпадают с направлением распространения поверхностных волн возмущения. Особый вклад в развитие теории двухмерных плановых потоков для бурных течений был сделан Н. Т. Мелещенко 0, который проанализировал особенности бурных течений и обосновал возможность численного решения задач о плановых течениях методом характеристик. При этом Н. Т. Мелещенко шел по пути от простого к сложному. На первом этапе он полагал дно водотока плоским и горизонтальным, а жидкость идеальной. Им отмечалось, что учет уклона дна и потерь на трение не внесет принципиальных изменений в методику расчета. Реализовал метод характеристик применительно к потоку в русле с плоским горизонтальным дном для ряда типовых задач Г. И. Сухомел . Расчет параметров двухмерного планового потока методом характеристик для горизонтального русла с учетом влияния сил трения впервые удалось получить С. Н. Нумерову . Впоследствии В. И. Франкль распространил решение задачи растекания двухмерного планового потока в русле, имеющем малый продольный и поперечный уклон. Формулы для вычисления глубины бурного потока на граничной линии тока и для нахождения расстояния до створа полного растекания впервые предложил С. М. Слисский ,. Более общее решение двухмерных плановых задач на основе метода характеристик с учетом продольного уклона русла и сил трения было получено Б. Т. Емцевым в 2. Им было показано, что направления линий характеристик не зависят от сил трения, Б. Т. Емцеву принадлежит способ построения номограмм для расчета параметров косого гидравлического прыжка. Существенный вклад в теорию расчета двухмерных плановых потоков был сделан И. Фруда в начальном сечении. И. А. Шеренковым также получены приближенные зависимости для вычисления значений вышеописанных параметров потока. Методы решения прямых задач гидравлики по расчету параметров бурного потока в русле с малым искривлением дна, а также и обратных задач по теории управления бурными потоками на водосбросных сооружениях разработаны Л. И. Высоцким 6,. Им были предложены рекомендации по проектированию конструкций, управляющих бурными потоками и позволяющие определить параметры русла потока по заданным характеристикам течения. Однако, предложенные способы решения двухмерных плановых задач на основе метода характеристик приближенные и весьма громоздкие. Если методы основаны на численной конечноразностной схеме, то они становятся трудно проверяемыми и для их применения возникает необходимость теоретического обоснования сходимости, то есть требуется решать вопрос об устойчивости разностной схемы. Если же в методе характеристик применяется графоаналитический способ решения дифференциальных уравнений, то он дает существенное расхождение результатов теоретических моделей в сравнении с реальными потоками. Следует также отметить, что двухмерные плановые задачи решались и так называемыми строгими методами, то есть методами численного интегрирования уравнений СенВенана, которые были реализованы с помощью ЭВМ. О. В. Васильева для решения краевых задач уравнений СенВенана был разработан метод матричной прогонки на основе явнонеявных конечноразностных схем. Впоследствии, с развитием электронновычислительных средств были созданы менее громоздкие и более совершенные универсальные комплексы программ для решения двухмерных плановых задач гидравлики в ЦНИИС под руководством А. Н. Милитеева 5 и в СПбГТУ под руководством А. Д. Гиргидова . Недостатком численных методов решения плановых задач на основе разностных схем является необходимость обоснования сходимости и устойчивости, сами методы труднопроверяемы и в такой форме неудобны для использования в приложениях, в частности, проектировщиками.