Установившееся неравномерное плавноизменяющееся движение жидкостей в открытых руслах.(осн-ые понятия и опред-ия).

Установившееся неравномерное плавноизменяющееся движение жидкостей в открытых руслах.(осн-ые понятия и опред-ия).

Безнапорный неравномерный режим движения воды устанавливается в том случае, когда h не равно const (по течению) и V не равно const(по течению). Рассмотрим случаи, когда возникает безнапорное неравномерное движ-ие жидкости.

Случай 1. Русло канала цилиндрическое(имеющее всюду одинаковое поперечное сечение) с прямым уклоном дна(i>0).

a) Если в таком каналеустроить плотину, то вода начнет переливаться ч/з плотину, hф не равно h0.

При таком условии на некоторой ограниченной длине AB получаем неравномерный режим движ-ия, вдали от плотины будет равномерное движ-ие.

б) В канале устроен перепад, на гребне этого перепада установится глубина hф отличная от глубины равномерного движения, hф не равно h0.

в) в канале установлен щит, hф не равно h0.

Случай 2. Русло цилиндрическое: горизонтальное i=0 или имеющее обратный уклон i<0. Для анализа движ-ия воды в таких руслах рассмотрим ур-ие Шези: Из анализа ф-лы Шези видно, что в обеих этих случаях возможен только неравномерный вид движ-ия.

Случай 3. Расширяющееся и не сужающееся(русло не цилиндрическое).

Равномерное движ-ие получается только в цилиндрическом русле с прямым уклоном дна(i>0) при условии, что русло это достаточно длинное и не имеет каких-либо устройств, нарушающих равномерный режим(плотины, перепады, щиты). При рассмотрении неравномерного движ-ия главным образом занимаются вопросом построения кривых свободной поверхности, т.е. кривой пересечения вертикальной продольной плоскости со свободной пов-тью потока

2. Основное диф. ур-ие установившегося неравномерного режима (1-ый и 2-ой вид).

Представим продольный разрез потока

Возьмем 2 плоских сечения живых 1-1 удаленного от начального сеч-ия WW на конечном расст. dS и 2-2 расположим от 1-1 на бесконечно малом расстоянии dS. Потери напора обозначим dhl на данном участке dS, тогда ; (1)- гидравлический уклон, где Il- гидравлический уклон, который можно записать .Проведя преобразования получим Для данной схемы это ур-ие примет такой вид Подставим данное ур-ие в (1) . Введем обозначения: ; . Это и есть основное ДУ неравномерного движ-ия. Причем dz предст. Собой поднятие свободной пов-ти на длине dS (dS может быть как + так и -).

Из этого ур-ия видно, что падение свободной пов-ти, т. е. уменьшение удельной потенциальной энергии = увеличению удельной кинетической энергии+ потеря напора. Разделим это ур-ие на dS: , где =I- пьезометрический уклон. Величину входящее в это ур-ие часто представляют в виде , где -уклон трения. Учитывая сказанное, ур-ие примет вид . Далее делаем допущения. Считаем, что потери напора при плавноизменяющемся и безотрывном движении воды выражается теми же зависимостями, что и в случае равномерного движ-ия. В соответствии с этим допущением выражают из ф-лы Шези -первый вид ДУ неравномерного движ-ия.

2-ой вид ДУ неравномерного движ-ия воды получают преобразованием 1-ого ур-ия. Окончательно 2 ДУ имеет вид:

Особые виды гидравлич прыжка. Формы свободной поверхности потока при резком изменении уклона дна.

1. Затопленный.рис

2. Несвободный. Рис

3. Совершенный- он происходит, если h’< 0,6hк. Рис

4. Несовершенный 0,6hк< h’< 0,7 hк

5. Волнистый в виде периодически затухающих волн 0,7hк< h’< 0,85 hк

6. Прыжок в виде периодически возникающих и затухающих 0,85hк< h’< hк.

ФОРМЫ:

На рис представлено цилиндрическое русло, имеющее в точке О «перелом» дна.

На левом и правом участках русла от вертикали W-W имеет место равномерный режим.

h₀₁, h₀₂- глубины для левого и правого участка русла.

Разл случаи:

1.оба уклона дна канала i₁ и i₂ меньше критического (гидравлич прыжок невозможен).

2. оба уклона дна канала i₁ и i₂ больше критического (гидравлич прыжок невозможен).

3. i₁ <i_к, i₂ >iк- прыжок невозможен.

4.. i₁ >i_к, i₂ <iк- свободная поверхность, поднимаясь по течению.

 

Расчет длины водобойного колодца

Рис.

При рассмотрении длины водобойных колодцев:

а) водобойный колодец за водосливной стенкой плавного очертания;

б) колодец за вертикальной стенкой

В случае а) возможно 2 типа гасителей:

1.водобойный колодец образованный водобойным уступом.

Рис.

2. водобойный колодец образованный водобойной стенкой, в этом случае длина колодца равна lпр ^зат.

рис

В случае в) возможны 2 варианта гашения энергии:

1.образованные уступом,

рис

2.водобойный колодец, образованный водобойной стенкой.

рис

Расчет длины колодца lк=lпад+lпр.

Lпр=3 h_c”, lпад=1,33(H_o(P+0.3H₀))^1/2 – для водосливов с тонкой стенкой и практич профиля, lпад=1,64(H_o(P+0.24H₀))^1/2 – для водослива с широким порогом.

Классификация водосливов.

Водосливом наз безнапорное отверстие – вырез сделанный в гребне стенки через который протекает вода, часть стенки в пределах водосливн отверстия, через которое переливается вода наз водосливной стенкой.

Сущ 5 основных классификаций водосливов:

1. В зависимости от геометрической формы водосливного отверстия:

а) прямоугольные, б) треугольные, в) трапецеидальные, г) круговые, д) параболические, е) с наклонным гребнем

2. В зависимости от формы и размеров поперечного сечения водосливной стенки

а) водослив с тонкой стенкой (если δ<=0.1-0.5)H

б) водослив с широким порогом (если δ<=2-8)H

в) водослив практического профиля (если δ<=0.5-2)H

 

 

3. В зависимости от очертания гребня водосливной стенки в плане:

-с прямолинейным гребнем (прямые, косые,боковые)

 

 

-с непрямолинейным гребнем (ломаные,криволинейные,замкнутые)

4. В зависимости от влияния НБ на истечение:

а) неподтопленные б) подтопленные

5.В зависимости от соотношения b/B₀ (для прямоугольн водосливов)

а) без бокового сжатия b=B₀

_б) с боковым сжатием b<B₀

 

 

Установившееся неравномерное плавноизменяющееся движение жидкостей в открытых руслах.(осн-ые понятия и опред-ия).

Безнапорный неравномерный режим движения воды устанавливается в том случае, когда h не равно const (по течению) и V не равно const(по течению). Рассмотрим случаи, когда возникает безнапорное неравномерное движ-ие жидкости.

Случай 1. Русло канала цилиндрическое(имеющее всюду одинаковое поперечное сечение) с прямым уклоном дна(i>0).

a) Если в таком каналеустроить плотину, то вода начнет переливаться ч/з плотину, hф не равно h0.

При таком условии на некоторой ограниченной длине AB получаем неравномерный режим движ-ия, вдали от плотины будет равномерное движ-ие.

б) В канале устроен перепад, на гребне этого перепада установится глубина hф отличная от глубины равномерного движения, hф не равно h0.

в) в канале установлен щит, hф не равно h0.

Случай 2. Русло цилиндрическое: горизонтальное i=0 или имеющее обратный уклон i<0. Для анализа движ-ия воды в таких руслах рассмотрим ур-ие Шези: Из анализа ф-лы Шези видно, что в обеих этих случаях возможен только неравномерный вид движ-ия.

Случай 3. Расширяющееся и не сужающееся(русло не цилиндрическое).

Равномерное движ-ие получается только в цилиндрическом русле с прямым уклоном дна(i>0) при условии, что русло это достаточно длинное и не имеет каких-либо устройств, нарушающих равномерный режим(плотины, перепады, щиты). При рассмотрении неравномерного движ-ия главным образом занимаются вопросом построения кривых свободной поверхности, т.е. кривой пересечения вертикальной продольной плоскости со свободной пов-тью потока

2. Основное диф. ур-ие установившегося неравномерного режима (1-ый и 2-ой вид).

Представим продольный разрез потока

Возьмем 2 плоских сечения живых 1-1 удаленного от начального сеч-ия WW на конечном расст. dS и 2-2 расположим от 1-1 на бесконечно малом расстоянии dS. Потери напора обозначим dhl на данном участке dS, тогда ; (1)- гидравлический уклон, где Il- гидравлический уклон, который можно записать .Проведя преобразования получим Для данной схемы это ур-ие примет такой вид Подставим данное ур-ие в (1) . Введем обозначения: ; . Это и есть основное ДУ неравномерного движ-ия. Причем dz предст. Собой поднятие свободной пов-ти на длине dS (dS может быть как + так и -).

Из этого ур-ия видно, что падение свободной пов-ти, т. е. уменьшение удельной потенциальной энергии = увеличению удельной кинетической энергии+ потеря напора. Разделим это ур-ие на dS: , где =I- пьезометрический уклон. Величину входящее в это ур-ие часто представляют в виде , где -уклон трения. Учитывая сказанное, ур-ие примет вид . Далее делаем допущения. Считаем, что потери напора при плавноизменяющемся и безотрывном движении воды выражается теми же зависимостями, что и в случае равномерного движ-ия. В соответствии с этим допущением выражают из ф-лы Шези -первый вид ДУ неравномерного движ-ия.

2-ой вид ДУ неравномерного движ-ия воды получают преобразованием 1-ого ур-ия. Окончательно 2 ДУ имеет вид: