Гидравлическое сопротивление неравномерных плавноизменяющихся и равномерных потоков в открытых руслах

• Автор: Ляпин, Валерий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 271 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные условные обозначения.

Введение .

Раздел 1. Гидравлические сопротивления при равномерном течении

1.1. Факторы, определяющие гидравлическое сопротивление

в расчетах открытых русл

1.2. Влияние формы сечения на локальные гидродинамические характеристики турбулентных открытых потоков в гидравлически гладких руслах

1.3. Гидравлические расчеты русл с переменной по периметру шероховатостью

1.4. Особенности гидродинамической структуры потоков в

руслах с переменной по периметру шероховатостью.

1.4.1. Распределение касательных напряжений на стенках

1.4.2. Распределение скоростей в поперечных сечениях
потоков.
1.5. Практические приложения.
1.5.1. К расчету гидродинамической структуры открытых
. потоков.
1.5.2. Русла с повышенной искусственной шероховатостью дна
Выводы по разделу 1
Раздел 2. Гидравлические сопротивления при неравномерном
плавноизменяющемся течении.
2.1. Гидравлические расчеты русл при неравномерном
плавноюмеишощемся движении жидкости
2.2. Аналитический подход к определению гидродинамических характеристик неравномерных плавноизменяющихся открытых потоков.
2.2.1. Распределение касательных напряжений
2.2.2. Распределение скоростей и потери напора при ламинарном движении
2.2.3. Распределение скоростей и потери напора при турбулентном движении.
2.3. Формулы для расчета потерь напора при неравномерном плавноизменяющемся турбулентном движении жидкости
2.4. Уточненная форма основного дифференциального уравнения неравномерного плавноизменяющегося
движения жидкости в открытых руслах.
2.5. Практические приложения
2.5.1. Подвижные русла. Обобщенные формулы для неразмывающей скорости и параметра Шильдса при движении воды в руслах, сложенных несвязными грунтами.
2.5.2. Определение критического числа Рейнольдса
при неравномерном плавноизменяющемся движении жидкости в открытых руслах
2.5.3. Учет распределения давления по глубине неравномерного потока при оценке плавной изменяемости течения жидкости.
2.5.4. Кинематические характеристики неравномерного
течения на начальных участках безнапорных водоводов
2.5.5. Гидравлические расчеты резких боковых сужений
в открытых руслах
Выводы по разделу 2.
Заключение
Литература


В.Джатарамана на гладких лотках трапецеидального, прямоугольного, треугольного и круглого сечений показали, что корректировке с учетом формы сечения и уклона дна русла подлежат оба числовых коэффициента в логарифмической зависимости Л. Прандтля. В обобщенной зависимости А. Д.Альтшуля [7] для коэффициента Шези влияние формы сечения учитывается величиной коэффициента при логарифме. Таким образом, замена реального профиля касательных напряжений на смоченных границах потока некруглого сечения фиктивным равномерным распределением (в рамках одномерной модели) требует соответствующей корректировки числовых коэффициентов в законах сопротивления. Более перспективным представляется подход, основанный на локальных гидродинамических характеристиках течения с последующим переходом к интегральным величинам. Приведенный краткий обзор подтверждает очевидный вывод о том, что форма сечения русла оказывает влияние на сопротивление, как напорных труб, так и открытых русл, причем это влияние возрастает с увеличением шероховатости русла. Поскольку гидравлический диаметр (радиус) не может адекватно учесть влияние формы сечения на гидравлическое сопротивление напорных и безнапорных потоков, то формулы для определения гидравлических сопротивлений в напорных трубах не могут быть применены к расчету открытых русл путем простой замены диаметра трубы гидравлическим диаметром. Анализ результатов приведенных ранее исследований (см. Гидравлический радиус, используемый в качестве основной линейной характеристики в одномерной модели открытого потока, не может адекватно учесть влияние формы сечения в законах гидравлического сопротивления, поскольку не отражает различий в эпюрах осредненных скоростей и распределений касательных напряжений на смоченных периметрах некруглых сечений. Выход за рамки одномерной модели обуславливает необходимость перехода к локальным гидродинамическим характеристикам течения. При расчете локальных характеристик течения получил распространение метод нормальных глубин, связывающий распределение осредненных скоростей на нормалях к стенкам русла с локальными значениями касательных напряжений [1, 0]. Практическое использование метода нормальных глубин обычно основывается на гипотезе плоских сечений [0], т. Правомерность использования в качестве универсального закона распределения осредненных скоростей зависимости, полученной для плоских потоков, проверялась в результате исследования скоростной структуры и гидравлического сопротивления открытых потоков в гладких лотках прямоугольного и треугольного поперечных сечений. Опыты проводились Б. Аль-Хедером под руководством и при участии автора. Основные размеры прямоугольного лотка: длина мм, ширина 0 мм, высота стенок 0 мм. Треугольный лоток с углом при вершине в ° встраивался в прямоугольный лоток. Рабочее сечение, в котором проводились измерения местных осредненных скоростей, находилось на расстоянии мм от входа в лоток. Опыты проводились при уклоне дна лотка і = 0,; глубинах hi= 0 мм и h2 = 2 мм и числах Рейнольдса Re і = и Re2 = 0 соответственно для прямоугольного и треугольного русл. Измерения осредненных скоростей трубкой Пито проводились на вертикалях половины рабочего сечения прямоугольного русла (рис. И вертикалях половины рабочего сечения треугольного русла (рис. Рис. В исследованиях гидравлического сопротивления русл рабочий участок длиной мм располагался на расстоянии мм от входа в лоток. Глубины равномерного движения (нормальные глубины) в спокойных потоках определялись по методу Зегжда. За нормальную принималась глубина, соответствующая точке перехода свободной поверхности из состояния спада в состояние подпора, В бурных потоках нормальная глубина рассчитывалась как среднее арифметическое показаний трех шпитценмасиггабов, равномерно распределенных по длине рабочего участка лотка. Опыты проводились при уклонах дна лотка { = 0, -г 0,, числах Фруда Гг = 0, н- и Рейнольдса Яе = + . Данные измерений местных осредненных скоростей использовались для построения полей скоростей (рис. В - свободный член. По данным Б. А.Кадера и А. М.Яглома [] X = 0,4. Коэффициент Сг находился по углу наклона экспериментальной прямой (рис.