Развитие теории и методов расчета стационарных и нестационарных движений воды

• Автор: Есин, Александр Иванович
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 463 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 Уравнения гидродинамики в естественных координатах.

1.1 Основные уравнения гидродинамики вязкой жидкости.

1.2 Уравнения Рейнольдса осредненного турбулентного потока.

1.3 Уравнения гидродинамики двумерных в плане потоков воды.

1.4 Уравнения гидродинамики двумерных в плане потоков воды

в естественных координатах.

1.5 Учет сил трения

2 Одномерные стационарные открытые потоки

2.1 Основное уравнение равномерного движения воды как частный случай уравнения в естественных координатах.

2.2 Расчет плана скоростей в трапецеидальном русле.

2.3 Расчет плана скоростей в прямоугольном русле.
2.3.1 Технические предложения по реализации эффекта
искусственной поперечной циркуляции потока.
2.3.2 Производственные испытания устройства по созданию искусственной поперечной циркуляции
2.4 Основное уравнение неравномерного движения воды
2.5 Метод построения кривых свободной поверхности потока.
2.6 Пример построения кривой свободной поверхности потока
3 Двумерные стационарные открытые потоки.
.1 Безвихревое движение воды. Частные решения
3.2 Уравнение типа С.А. Чаплыгина
3.3 Аппроксимация функции С.А. Чаплыгина показательной зависимостью.
3.4 Задача о струйном течении
3.5 Метод С.В. Фальковича для струйных течений воды.
3.6 Случай малых чисел Фру да.
3.7 Характеристики уравнений гидродинамики в естественных
координатахПО
3.8 Метод характеристик в естественных координатах.
4 Одномерные нестационарные открытые потоки
4.1 Уравнения СенВенана как частный случай уравнений в естественных координатах
4.2 Автомодельные решения уравнений СенВенана.
4.3 Учет трапецеидальной формы живого сечения потока.
4.4 Построение профиля волны излива при Ьт
4.5 Гидравлический способ вычисления величины сработки уровня
в створе начального возмущения.
4.6 Общая постановка краевой задачи для изолированного бьефа.
4.7 Конечноразностный метод решения краевой задачи
для неустановившегося движения в изолированном бьефе.
4.8 Методика расчета начальной стадии волны излива.
4.9 Алгоритм и результаты расчета начальной стадии
волны излива.
4. Натурные исследования нестационарных течений воды.
Характеристика объекта исследований.
Методика и организация опытов.
Натурный эксперимент 1 .
Натурный эксперимент
Натурный эксперимент 3
Натурный эксперимент 4.
Специальные исследования
5 Одномерные нестационарные напорные потоки
5.1 Дифференциальные уравнения нестационарного напорного
движения жидкости
5.2 Обзор методов решения
5.3 Математическая модель непрямого гидравлического удара
5.4 Снижение величины ударного давления изменением скорости
закрытия запорного устройства.
5.5 Некоторые способы снижения величины непрямого
гидравлического удара.
5.5.1 Уменьшение скорости движения запорного органа за счет
дросселирования в гидроприводе
5.5.2 Уменьшение скорости движения запорного органа за счет сброса
воды из гидропривода
6 Математическое моделирование работы гидравлического авторегулятора уровня воды
6.1 Основные конструктивные параметры авторегуляторов.
6.2 Дифференциальное уравнение движения авторегулятора
6.3 Уравнение неразрывности при нестационарном наполнении камеры корректора
6.3.1 Уравнение неразрывности для криволинейной камеры
корректора
6.4 Определение минимальной глубины открытия авторегулятора
6.5 Определение момента трения воды о сегментный затвор авторегулятора
6.5.1 Вычисление средней скорости в сжатом сечении потока.
6.5.2 Алгоритм вычисления расхода при истечении изпод
щита авторегулятора.
6.6 Вычислительный эксперимент с моделью авторегулятора
непрямого действия
6.7 Лабораторные исследования пропускной способности авторегулятора сегментного типа.
6.8 Сравнение натурного и вычислительного экспериментов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Ниже будет показано, что область применения системы уравнений 1. Использование в качестве искомых функций и и О в естественных координатах 5, ц позволяет упростить постановку граничных условий для плановой задачи. Последнее обстоятельство весьма существенно при расчетах численными методами потоков со сложной конфигурацией в плане таких, как нижние бьефы гидротехнических сооружений, мелководные водохранилища, ковшовые водозаборы, пруды охладители и т. Остановимся на вычислении сил трения в естественных координатах. Полная сила сопротивления, определяемая зависимостью 1. Сила трения по дну, определяемая по формулам 1. Тд с2 1кфсМи. Модуль силы трения за счет турбулентных касательных напряжений, в соответствии с М2, при переходе к естественным координатам с учетом 1. Тт Л мг2Ь2 м ддцкуЬюд. То ис ц5т дАдб Ьлу со. Вд цу 1. Таким образом, вторичные течения поперечной циркуляции, как следует из уравнения энергии 1. Как известно 3, 8, при равномерном движении гидравлические параметры потока, такие как глубина, средняя скорость, площадь живого сечения, эпюра местных скоростей и т. Рисунок 2. Иу. При сделанных предположениях из уравнения 1. Из соотношения 1. При 9 Оу с учетом соотношений 2. О, поэтому из уравнения неразрывности 1. С другой стороны, из уравнения энергии 1. Едь ЦаивфТ. Уравнение 2. Ум1 ьчпО дудэ д этв дуд у км собО. Т ак. Следуя , с учетом 1. Ь Им с1Ас1ц. При равномерном движении из 1. А р у0 соьв мр v. С учетом 2. С и2 0, 2. Сл м 1 0. Уравнение 2. А 0. Согласно исследованиям Л. Следуя выводам 0, 8, 9 Караушев, Н. В. i, . Методы расчета вторичных течений типа достаточно подробно рассмотрены в работах А. К. Ананяна 7, И. Л. Розовского 2, Мишуева 9. Расчет плана течения осредненного турбулентного потока при равномерном движении воды в трапецеидальном русле без учета вторичных течений поперечной циркуляции подробно рассмотрен в монографии И. А. Шсренкова 3. Согласно исследованиям В. М. Маккавеева 1 , М. В. Потапова 0 при равномерном движении воды из общих уравнений гидродинамики не следует, что в потоке может возникнуть самопроизвольная поперечная циркуляция. Опыты, обнаруживающие такую циркуляцию, объясняются особыми условиями входа потока на опытный участок гидравлического лотка, в первую очередь неравномерностью распределения касательных напряжений по смоченному периметру русла. С другой стороны, можно предположить, что поперечная циркуляция в равномерном потоке создается искусственно с помощью специальных устройств. М.В. В настоящее время для создания искусственной поперечной циркуляции можно использовать также другие способы гидроструйный, воздушнопузырьковый, комбинированный и другие. Рассмотрим случай, когда поперечная циркуляция р v задана. В соответствии с 3 для интегрирования уравнения 2. Г 0. При заданной циркуляции р уо решение граничной задачи 2. И.А. Шеренкова 3. Значения коэффициентов уравнения 2. Так как в эти условия входит искомая скорость и, то расчет ведется методом итераций. Полагая в нулевом приближении кф0 1, находится решение задачи 2. Далее находится решение задачи 2. Как следует из 3, сходимость этого процесса достаточно быстрая, причем значения кф близки к единице. Как показывают исследования М. В. Потапова 0, воздействие поперечной циркуляции на основное равномерное движение носит характер малого возмущения. Из формулы 2. Ъ, тем меньше, чем больше площадь живого сечения потока. За счет скорости поперечной циркуляции v0 и площади живого сечения потока коэффициент Ь, можно сделать сколь угодно малой по абсолютной величине. Таким образом, величину Ь. Ь.1. Рассмотрим один из простейших случаев поперечной циркуляции, когда сот1 Тогда согласно 3 из 2. А уур уо мр V, иУо, и коэффициенты уравнения 2. РР Г Ь. СВ1УШ Р 2ш. Дифференциальное уравнение 2. Не нарушая общности рассуждений, с точностью, достаточной для инженерных расчетов, запишем граничные условия 2. Рисунок 2. Рисунок 2. Относительная ошибка расчета за счет сдвижки эпюры скоростей к стенке на величину согласно И. К. Никитину 8, 3 не превосходит 1.