Способы сбережения воды при шлюзовании

ВВЕДЕНИЕ

Электронное учебное пособие по дисциплине «Моделирование гидравлических явлений» направлено на формирование общепрофессиональных компетенций в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом по уровню магистратуры в части установленной индикаторами освоения компетенции:

- ОПК-1 Способен решать задачи профессиональной деятельности на основе использования теоретических и практических основ, математического аппарата фундаментальных наук;

- ОПК-2 Способен анализировать, критически осмысливать и представлять информацию, осуществлять поиск научно-технической информации, приобретать новые знания, в том числе с помощью информационных технологий.

       Электронное учебное пособие предназначено для обучающихся по направлению подготовки магистратуры 08.04.01 «Строительство», может быть использовано при изучении других дисциплин, направленных на формирование общепрофессиональных и профессиональных компетенций программы «Водные пути, порты и судопропускные сооружения».

В электронном учебном пособии содержится базовый материал по выбору математической модели, построению расчетной схемы для гидравлических расчетов шлюзов с распределительными системами питания, включая шлюзы со сберегательными бассейнами, оценке и выборе способов сбережения воды при шлюзовании.

Рассмотрены вопросы математического моделирования гидравлических явлений, выбора режима наполнения и опорожнения камер судоходных шлюзов, способов сбережения воды.

Цель электронного учебного пособия – помощь обучающимся в освоении основного материала по дисциплине, теоретической и практической подготовке к выполнению научно-исследовательской работы, выполнению и защите выпускной квалификационной работе.

Содержание данного электронного учебного пособия соответствует рабочей программе дисциплины и основано на материалах отечественных и зарубежных исследований, включая современные публикации.

Каждый раздел электронного учебного пособия включает контрольные вопросы и тестовые задания.

 

 

АННОТАЦИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Моделирование гидравлических явлений (I часть)

1. Место дисциплины в структуре образовательной программы

 

Дисциплина «Моделирование гидравлических явлений (I ч.)» относится к обязательным дисциплинам Блока 1 и изучается:

· на 1 курсе во II семестре по очной форме обучения;

· на 2 курсе по заочной форме обучения.

Дисциплина базируется на знаниях и умениях, полученных в результате изучения дисциплины «Методология научных исследований» и профильных дисциплин программы бакалавриата по направлению 08.03.01 «Строительство» программы «Гидротехническое строительство».

Для изучения дисциплины студент должен:

- знать особенности режимов движения жидкости; математические уравнения, описывающие движение жидкости в напорных и безнапорных трубопроводах; расчетные зависимости для определения потерь энергии потока в трубопроводах; расчетные зависимости для определения основных гидравлических характеристик наполнения и опорожнения камеры судоходного шлюза;

- уметь определять потери энергии потока при различных режимах движении жидкости и определять основные гидравлических характеристики наполнения и опорожнения камеры судоходного шлюза.

С учетом специфики направления подготовки магистров 08.04.01

дисциплина «Моделирование гидравлических явлений (I ч.)» является

необходимой для выполнения научно-исследовательской работы, подготовки и защиты выпускной квалификационной работы.

       С учетом специфики направления подготовки магистров 08.04.01 «Строительство» изучение учебной дисциплины Моделирование гидравлических явлений (I ч.) ориентировано на достижение следующих целей:

- выбор способа сбережения воды при наполнении и опорожнении камеры судоходного шлюза;

- выбор типа системы питания судоходного шлюза, включая шлюзы со сберегательными бассейнами;

- составление расчетной схемы распределительной системы питания камеры судоходного шлюза:

- определение основных гидравлических характеристик процесса наполнения и опорожнения камеры судоходного шлюза с распределительной системой питания.

 

2. Планируемые результаты обучения по дисциплине

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать

- режимы движения жидкости, основные расчетные зависимости, описывающие

режимы движения жидкости;

- природу гидравлических процессов и явлений в судоходных шлюзах, способы их описания математическими зависимостями;

- конструкции судоходных шлюзов с распределительными системами питания, включая шлюзы со сберегательными бассейнами;

- основные признаки классификации распределительных систем питания судоходных шлюзов для выбора расчетных схем;

- основные расчетные схемы систем питания судоходных шлюзов, принципы выбора расчетной схемы;

- методы и способы решения задач механики жидкости для систем питания судоходных шлюзов;

- основные методы математического моделирования гидравлических процессов наполнения и опорожнения камер судоходных шлюзов, включая шлюзы со сбережением воды;

- условия, влияющие на выбор математической модели, основные допущения и ограничения в использовании различных моделей;

- принципы выбора источников информации для решения задач математического моделирования гидравлических процессов в судоходных шлюзах;

 

Уметь

- устанавливать расчетные зависимости для определения гидравлических характеристик  движения воды в элементах системы питания судоходных шлюзов;

- выбирать расчетную схему для составления математической модели, описывающей гидравлические процессы в элементах системы питания судоходного шлюза;

- составлять исходные данные для моделирования гидравлических процессов и явлений в системах питания судоходных шлюзов;

- обосновывать выбор расчетной схемы с учетом принятых допущений и упрощений;

- оценивать влияние допущений и упрощений при выборе расчетной схемы на результаты расчетов;

- применять информационные технологии для поиска информации в различных источниках;

- анализировать и критически оценивать научно-техническую информацию при решении поставленной задачи

- выполнять расчеты в соответствии с составленной математической моделью, используя стандартные прикладные программы.

Владеть

- навыками определения основных характеристик движения воды в элементах системы питания судоходного шлюза;

- навыками интерпретации результатов, получаемых при расчетах с использованием

прикладных стандартных программ;

- навыками интерпретации результатов, получаемых при расчетах с использованием

прикладных стандартных программ.

 

3. Объем дисциплины по видам учебных занятий

Объем дисциплины составляет 3 зачетные единицы; всего 108 часов, из которых по очной форме        51 час составляет контактная работа обучающегося с преподавателем (34 часа – занятия лекционного типа, 17 часов – практические занятия; по заочной форме 20 часов составляет контактная работа обучающегося с преподавателем (12 часов – занятия лекционного типа, 8 часов – практические занятия.

 

Многокамерные шлюзы

В настоящее время на постсоветском пространстве успешно работают однокамерные шлюзы при напоре до 23 м на нескальных грунтах. В Казахстане эксплуатируется однокамерный шлюз напором 42 м на скальных грунтах (Усть-Каменогорский шлюз на р. Иртыш).

    Опыт проектирования и научных исследований показывает, что при больших напорах на однокамерный шлюз существенно увеличиваются скорость течения воды в галереях и вакуум за затворами, возникают кавитационные явления. Это ведет к усложнению системы его питания и соответственно к удорожанию шлюза.

Материалоемкость шлюза возрастает в квадратичной зависимости с увеличением напора на шлюз. Появляются трудности при проектировании и эксплуатации механического оборудования, испытывающего значительные нагрузки.

На судоходных соединительных каналах и на ВВП на маловодных реках возникают затруднения, обусловленные либо дефицитом воды при возрастающем объеме сливной призмы, либо сбросом большого количества воды в нижний бьеф при опорожнении камеры.

Применение многокамерных (многоступенчатых) шлюзов позволяет уменьшить или исключить большую часть отмеченных выше недостатков.

В многокамерном шлюзе преодолеваемый перепад уровней разбивается на п частей (см. рис. 1.4 в). При этом на шлюзование расчетного судна или состава расходуется уменьшенное в n раз количество воды сливной призмы по сравнению с их шлюзованием в однокамерном шлюзе.

Конструкции камер многокамерных шлюзов просты, а их механическое оборудование испытывает более низкие нагрузки по сравнению с мехоборудованием однокамерных шлюзов. Как правило, многокамерные шлюзы обладают меньшей материалоемкостью, например, Пермский шлюз на р. Каме (рис. 1.25 и 1.26).

Кроме того, во многих случаях деление общего напора на части в многокамерном шлюзе позволяет наиболее рационально вписывать шлюз в существующий рельеф местности, обеспечивая минимальные объемы основных видов работ.

Пропускная способность многокамерных шлюзов, особенно при большом числе камер, теоретически ниже, чем однокамерных, так как растет число операций при шлюзовании. Это связано с переходом судов из камеры в камеру. Особенно увеличивается время шлюзования при двустороннем движении судов через шлюз.

Однониточные многокамерные шлюзы рекомендуется возводить на водных путях с небольшим судооборотом.

Для обеспечения большей пропускной способности, превышающей показатели однокамерного шлюза, строятся парные многокамерные шлюзы.

При этом каждая нитка должна работать в режиме одностороннего судопропуска.

Например, для строящегося высоконапорного гидроузла «Три Ущелья» (Three Gorges) (рис. 1.27) использована именно такая схема для пропуска большого грузопотока.

Однако создание второй нитки требует увеличения вдвое капитальных затрат на строительство по сравнению с однониточным шлюзом.

При осуществлении двустороннего шлюзования по одной нитке или даже при одностороннем шлюзовании по обеим ниткам парного многокамерного шлюза время пропуска судов становится столь велико, что это лимитирует использование скоростного пассажирского флота. На гидроузле «Три Ущелья» (Three Gorges) (см. рис. 1.27) пассажирские суда поднимают с помощью малогабаритного вертикального судоподъемника.

В зависимости от приходящегося на отдельную камеру напора многоступенчатые шлюзы могут иметь различные системы питания. Например, шестикамерный Пермский шлюз (год постройки – 1954, с расчетным напором на весь шлюз =19,5 м) имеет головную систему питания с клинкетами в воротах, четырехкамерный Бухтарминский шлюз (1967 г., =67,5 м) – простую распределительную, строящийся пятикамерный шлюз гидроузла «Три Ущелья» (2010 г., =110 м) – эквиинерционную (рис. 1.28).

Эффективность работы и материалоемкость многокамерного шлюза во многом определяются схемой высотной разбивки сооружения на ступени. Особое внимание необходимо уделять выбору отметок днищ и верха стенок отдельных камер при значительных колебаниях уровней воды в одном из бьефов – нижнем или верхнем

 

 

а

б

Рис. 1.25. Схема Пермского гидроузла:

а – схематический план гидротехнических сооружений; б – продольный разрез по шлюзу;

1 – гидроэлектростанция; 2 – земляная плотина; 3 – парный шестикамерный шлюз

Рис. 1.26. Поперечный разрез парного шестикамерного Пермского шлюза

        

а

б

Рис. 1.27. Схема гидроузла «Три Ущелья» (КНР):

а – схематический план гидротехнических сооружений; б – продольный разрез по шлюзу;

1 – здание гидроэлектростанции; 2 – водосливная плотина; 3 – парный пятикамерный шлюз; 4 – вертикальный судоподъемник для скоростных судов

 

 

Рис. 1.28. Эквиинерционная система питания пятикамерного

(на примере верхней камеры) шлюза гидроузла «Три Ущелья» (КНР):

1 – водозаборные галереи; 2 – ворота верхней головы; 3 – водоподающая распределительная галерея; 4 – рабочий затвор наполнения камеры;

5 – распределительная галерея; 6 – водовыпуски; 7 – соединительная галерея; 8 – рабочий затвор опорожнения камеры; 9 – ворота средней головы

 

    Особенности гидравлического расчета многокамерных шлюзов появляются, как правило, при значительных колебаниях одного из бьефов, сопоставимых с напором на верхнюю или нижнюю камеру шлюза.

В таких условиях приходится использовать специальные режимы маневрирования затворами водоводов. Иногда более целесообразно осуществлять дополнительное пополнение камер шлюза водой из специальных бассейнов, где она запасается при ее дефиците в процессе шлюзования или организовать сброс излишков воды из камеры, используя систему боковых водосливов.

 

 

Классификация шлюзов

По признаку функционального назначения гидротехнические сооружения шлюзы подразделяются на следующие виды:

· судоходные шлюзы, предназначенные для шлюзования судов;

· шлюзы – водосбросы, обеспечивающие, помимо судопропуска, сброс паводковых вод (Павловский шлюз на р. Уфе с напором 33 м);

· лесопропускные шлюзы, служащие для спуска древесины из верхнего бьефа в нижний бьеф;

· рыбопропускные шлюзы, предназначенные для пропуска ценных проходных пород рыб из нижнего бьефа в верхний бьеф;

· шлюзы – регуляторы, обеспечивающие перераспределение воды для различных водохозяйственных целей.

      Судоходные шлюзы классифицируются по типу систем питания, напору, по расположению в плане, а также по способу сбережения воды.

      Системы питания подразделяются:

· по способу подачи воды в камеру и выпуска воды из нее на

o сосредоточенные (чаще всего головные);

o распределительные;

o комбинированные.

· по способу забора воды из верхнего бьефа и выпуска её в нижний бьеф

o забор из верхнего подходного канала и выпуск в нижний подходной канал;

o боковой забор и выпуск воды вне подходных каналов.

    Головные системы питания шлюзов условно разделены на две основные группы:

o безгалерейные;

o с короткими обходными галереями.

В безгалерейных системах питания наполнение и опорожнение камер шлюзов может производиться через отверстия в воротах (клинкеты), через отверстия под воротами (полноповоротные сегментные затворы, плоские подъемно - опускные сегментные) или над затворами при использовании плоских опускных ворот.

В системах питания с короткими обходными галереями наполнение и опорожнение камер производится через водоводы, расположенные в днище или в устоях голов шлюза.

    Распределительные системы питания судоходных шлюзов характеризуются тем, что подача воды и выпуск ее из камер производятся через множество отверстий (выпусков), соединяющих камеру шлюза с продольными галереями, расположенными в днище или в стенках камеры. При этом выпуски могут располагаться по всей длине или только на части длины камеры шлюза.

По конструктивному признаку распределительные системы питания разделены на простые и сложные, или улучшенные. Наиболее сложные системы питания, обеспечивающие равномерное распределение поступающего в камеру расхода воды на разные ее участки, иногда называют эквиинерционными.

    Комбинированное питание камер судоходных шлюзов может осуществляться на основе использования, как головных, так и распределительных систем питания. Конструктивные решения комбинированных систем питания могут быть самыми разнообразными. Так, в распределительных системах питания при более высоких уровнях воды в камере можно дополнительно использовать головное питание, позволяющее существенно ускорить процесс шлюзования.

Наиболее простой схемой комбинированного головного питания камер шлюзов малого напора, осуществленной на практике, является система наполнения через короткие обходные галереи и через отверстия в воротах (клинкеты). При головном наполнении камер шлюзов среднего напора с помощью плоских опускных ворот, например, можно осуществить одновременное поступление воды в камеру через отверстие, образующееся при их опускании под воротами, и с одновременным переливом воды через верх ворот.

Применение комбинированных систем питания позволяет улучшить гидравлические показатели работы судоходных шлюзов, в особенности шлюзов с головными системами наполнения камер.

    В гидравлическом отношении системы питания камер судоходных шлюзов должны удовлетворять следующим основным требованиям:

· обеспечивать необходимое время наполнения и опорожнения камер в соответствии с заданной пропускной способностью шлюза;

· обеспечивать в течение необходимого времени безопасные условия для шлюзуемых судов в камере и для судов, ожидающих в это время шлюзования у причальных стенок подходных каналов;

· при заданных режимах наполнения и опорожнения камер не допускать разрушений отдельных конструкций шлюза, размывов дна подходных каналов, явлений кавитации, вибрации ворот и затворов водопроводных галерей и других негативных явлений, затрудняющих нормальную эксплуатацию шлюзов.

    В зависимости от напора на камеру судоходные шлюзы в соответствии со СНиП 2.06.07-87 разделены на три группы:

· низконапорные – <10 м;

· средненапорные – 10< < 30 м;

· высоконапорные – >30 м.

    В зависимости от числа последовательно расположенных камер шлюзы подразделяются на однокамерные (одноступенчатые), двухкамерные (двухступенчатые) и т. д., а по числу параллельно расположенных камер – на однониточные, двухниточные и т. д.

    В однокамерном (одноступенчатом) шлюзе, устройство которого было рассмотрено выше (рис. 3.2), суда преодолевают весь напор воды на гидроузле, находясь в одной камере. Однокамерные шлюзы нашли широкое применение не только в России, но и за рубежом. Иногда для уменьшения объема воды сливной призмы  и сокращения времени шлюзования одиночных судов однокамерные шлюзы могут возводиться с промежуточной головой (рис. 3.4, а).

    При напоре на камеру шлюза, превышающем расчетный подмостовой габарит, часто строят шлюз шахтного типа. Он отличается от традиционного шлюза наличием напорной стенки над судоходным пролетом на нижней голове, позволяющей уменьшить высоту ее ворот. Эту стенку называют забральной балкой (см. рис. 3.4, б). При восприятии воротами нижней головы всего напора на камеру шлюза стенка становится балкой-затяжкой. Эти балки обеспечивают дополнительную прочность нижней головы в поперечном сечении и часто ее конструкцию используют в качестве неразводного моста через шлюз.

Высоконапорные шахтные шлюзы обычно возводят на скальном основании. В этом случае стенки камеры являются облицовкой скалы.

 

Рис. 3.4. Схемы шлюзов:

 

а – продольный разрез однокамерного шлюза; б – продольный разрез шахтного шлюза;

в – продольный разрез трехкамерного шлюза; г – план шлюза со сберегательными бассейнами; д – план двухниточного шлюза; е –  план шлюза с коротким разъездным бьефом; 1 – верхние ворота;2 – средние ворота;3 – нижние ворота;4 – забральная балка;

  5– сберегательные бассейны;6 – затворы;  –  сливная призма

Если напор на гидроузел разделен на несколько частей и суда преодолевают каждую часть напора, последовательно проходя, расположенные друг за другом камеры, то такой шлюз называется многокамерным или многоступенчатым (рис. 3.4, в).

В отличие от однокамерного шлюза многокамерный шлюз имеет средние головы, сопрягающие две смежные камеры и воспринимающие сумму преодолеваемых в них частей напора. Например, средняя голова двухкамерного (двухступенчатого) шлюза воспринимает весь напор на гидроузел (по сравнению с частью напора на его верхнюю или нижнюю головы), когда вышележащая камера наполнена, а нижележащая опорожнена.

При шлюзовании судов в многокамерных (многоступенчатых) шлюзах объем воды сливной призмы уменьшается пропорционально числу ступеней камер, но увеличивается время шлюзования, в особенности при двустороннем движении судов.

Для увеличения пропускной способности этих однониточных многоступенчатых шлюзов применяют серийные шлюзования судов группами в режиме одностороннего движения из верхнего бьефа в нижний бьеф и обратно. Многокамерные однониточные шлюзы возводятся на водных путях с небольшим судооборотом. Это решение используется также при необходимости уменьшения напора на отдельную камеру по технико-экономическим соображениям. Причиной строительства таких шлюзов обычно являются геологические (карст, сейсмичность и др.) и водохозяйственные условия (дефицит водных ресурсов).

    При строительстве двух ниток многокамерных шлюзов снижение пропускной способности однониточного многокамерного шлюза по сравнению с однокамерным шлюзом компенсируется за счет одностороннего судопропуска каждой ниткой в разных направлениях, хотя проблемы с продолжительностью шлюзования отдельного судна сохраняются.

    Для экономии воды, расходуемой при шлюзовании, и для уменьшения волновых явлений, возникающих при наполнении и опорожнении камеры, создаются шлюзы со сберегательными бассейнами (рис. 3.4, г). Их чаще всего строят на судоходных каналах. Рядом с камерой шлюза (с одной стороны или по обеим сторонам) возводят открытые или закрытые бассейны, куда поступает вода из камеры при ее опорожнении и перетекает обратно при её наполнении. Каждый бассейн соединен с камерой шлюза с помощью водоводов, снабженных затворами.

    На водных путях с интенсивным судоходством в каждом створе гидроузла строят рядом несколько шлюзов, которые называются многониточными. Чаще всего в одном створе располагают два шлюза, называемых двухниточными, или парными (рис. 3.4, д). Парные шлюзы удобны в эксплуатации, позволяют экономить воду сливной призмы (при устройстве системы питания с перепуском воды из одной камеры в другую) и при необходимости периодически осуществлять очистку камер от топлой древесины, а также проводить мелкие ремонтные работы.

    Создание разъездного бьефа (рис. 3.4, е) между ступенями однониточного многокамерного шлюза позволит увеличить пропускную способность: она будет даже выше, чем у однокамерного шлюза.

Однако в случае больших колебаний уровня воды в верхнем бьефе и значительного напора на верхний шлюз (или нижний шлюз) возникает целый ряд проблем, связанных с образованием волн в разъездном бьефе. В данном случае образуются излишки воды при сбросе большой сливной призмы из верхней камеры при высоких уровнях воды стояния в верхнем бьефе. При этом конструкция верхнего шлюза получается довольно сложной, а для гашения волн с высотой более допустимой по условиям безопасного движения судов приходится увеличивать площадь разъездного бьефа за счет строительства дополнительных бассейнов.

Для местных ВВП эффективным может быть увеличение числа ниток входного шлюза, каждая из которых рассчитана на пропуск судов при расходе определенной обеспеченности (рис. 3.5). Использование такой схемы позволяет поддерживать практически постоянный уровень воды в разъездном бьефе и сократить время шлюзования в период стояния высоких уровней воды в верхнем бьефе. Так, как каждая нитка работает в заданном интервале изменения уровня воды (  и ) и имеет пониженную высоту стен и нижних ворот, заменяя высоконапорный однокамерный сопрягающий шлюз, то конструкции шлюзов существенно упрощаются.

Пополнение разъездного бьефа водой при ее недостатке для работы нижележащих ступеней шлюза, например, в период стояния низких уровней воды в верхнем бьефе предполагается осуществлять из него по отдельному водоводу или транзитом через неработающую нитку сопрягающего шлюза.

Для нижнего бьефа возможно аналогичное решение.

а

б

Рис. 3.5. Двухниточный шлюз с коротким разъездным бьефом

 

а – графики изменения уровней в бьефах и пропускной способности за навигацию;

б – компоновка шлюза и продольные разрезы по ниткам

ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате освоения дисциплины «Моделирование гидравлических явлений» у обучающегося должны быть сформированы общепрофессиональных компетенций в части установленной индикаторами:

- ОПК-1 Способен решать задачи профессиональной деятельности на основе использования теоретических и практических основ, математического аппарата фундаментальных наук

· ОПК-1.1 Выбор фундаментальных законов, описывающих изучаемый процесс или явление;

· ОПК-1.2 Составление математической модели, описывающей изучаемый процесс или явление, выбор и обоснование граничных и начальных условий;

· ОПК-1.3 Оценка адекватности результатов моделирования, формулирование предложений по использованию математической модели для решения задач профессиональной деятельности;

· ОПК-1.4 Применение типовых задач теории оптимизации в профессиональной деятельности;

- ОПК-2 Способен анализировать, критически осмысливать и представлять информацию, осуществлять поиск научно-технической информации, приобретать новые знания, в том числе с помощью информационных технологий

· ОПК-2.1 Сбор и систематизация научно-технической информации о рассматриваемом объекте, в т.ч. с использованием информационных технологий;

· ОПК-2.2 Оценка достоверности научно-технической информации о рассматриваемом объекте;

· ОПК-2.3 Использование средств прикладного программного обеспечения для обоснования результатов решения задачи профессиональной деятельности.

Электронное учебное пособие по дисциплине «Наименование дисциплины» разработано в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом по уровню бакалавриата/специалитета/магистратуры.

В электронном учебном пособии содержится... Рассмотрены вопросы …

Содержание данного электронного учебного пособия соответствует рабочей программе дисциплины и основано на материалах отечественных и зарубежных исследований, включая современные публикации.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

 

Гладков Г.Л., Журавлёв М.В., Москаль А.В., Гапеев А.М., Колосов М.А.

Водные пути и гидротехнические сооружения [Текст]: учебник для вузов СПб.: СПГУВК, 2011.-400с.

 

Михайлов А.В. Гидросооружения водных путей, портов и континентального шельфа. Часть 1. Внутренние водные пути. [Текст]: учебник для вузов М.: АСВ, 2004.-446с..

 

Гапеев А.М., Гарибин П.А. Судоходные шлюзы (классификация, подходные каналы, системы питания и пропускная способность) [Текст]: учебное пособие для вузов СПб.: СПГУВК, 2004.-104с.

Головков.С. А., Гарибин П.А., Гапеев А.М. Распределение воды в судоходных шлюзах [Текст] монография СПб.: СПГУВК,2009. - 154 с

 

Гарибин П.А., Ларионов С.В., Головков С. А. Судоходные шлюзы для регионов с дефицитом водных ресурсов [Текст] монография СПб.: СПГУВК,2009. - 320 с

 

ВВЕДЕНИЕ

Электронное учебное пособие по дисциплине «Моделирование гидравлических явлений» направлено на формирование общепрофессиональных компетенций в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом по уровню магистратуры в части установленной индикаторами освоения компетенции:

- ОПК-1 Способен решать задачи профессиональной деятельности на основе использования теоретических и практических основ, математического аппарата фундаментальных наук;

- ОПК-2 Способен анализировать, критически осмысливать и представлять информацию, осуществлять поиск научно-технической информации, приобретать новые знания, в том числе с помощью информационных технологий.

       Электронное учебное пособие предназначено для обучающихся по направлению подготовки магистратуры 08.04.01 «Строительство», может быть использовано при изучении других дисциплин, направленных на формирование общепрофессиональных и профессиональных компетенций программы «Водные пути, порты и судопропускные сооружения».

В электронном учебном пособии содержится базовый материал по выбору математической модели, построению расчетной схемы для гидравлических расчетов шлюзов с распределительными системами питания, включая шлюзы со сберегательными бассейнами, оценке и выборе способов сбережения воды при шлюзовании.

Рассмотрены вопросы математического моделирования гидравлических явлений, выбора режима наполнения и опорожнения камер судоходных шлюзов, способов сбережения воды.

Цель электронного учебного пособия – помощь обучающимся в освоении основного материала по дисциплине, теоретической и практической подготовке к выполнению научно-исследовательской работы, выполнению и защите выпускной квалификационной работе.

Содержание данного электронного учебного пособия соответствует рабочей программе дисциплины и основано на материалах отечественных и зарубежных исследований, включая современные публикации.

Каждый раздел электронного учебного пособия включает контрольные вопросы и тестовые задания.

 

 

АННОТАЦИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Моделирование гидравлических явлений (I часть)

1. Место дисциплины в структуре образовательной программы

 

Дисциплина «Моделирование гидравлических явлений (I ч.)» относится к обязательным дисциплинам Блока 1 и изучается:

· на 1 курсе во II семестре по очной форме обучения;

· на 2 курсе по заочной форме обучения.

Дисциплина базируется на знаниях и умениях, полученных в результате изучения дисциплины «Методология научных исследований» и профильных дисциплин программы бакалавриата по направлению 08.03.01 «Строительство» программы «Гидротехническое строительство».

Для изучения дисциплины студент должен:

- знать особенности режимов движения жидкости; математические уравнения, описывающие движение жидкости в напорных и безнапорных трубопроводах; расчетные зависимости для определения потерь энергии потока в трубопроводах; расчетные зависимости для определения основных гидравлических характеристик наполнения и опорожнения камеры судоходного шлюза;

- уметь определять потери энергии потока при различных режимах движении жидкости и определять основные гидравлических характеристики наполнения и опорожнения камеры судоходного шлюза.

С учетом специфики направления подготовки магистров 08.04.01

дисциплина «Моделирование гидравлических явлений (I ч.)» является

необходимой для выполнения научно-исследовательской работы, подготовки и защиты выпускной квалификационной работы.

       С учетом специфики направления подготовки магистров 08.04.01 «Строительство» изучение учебной дисциплины Моделирование гидравлических явлений (I ч.) ориентировано на достижение следующих целей:

- выбор способа сбережения воды при наполнении и опорожнении камеры судоходного шлюза;

- выбор типа системы питания судоходного шлюза, включая шлюзы со сберегательными бассейнами;

- составление расчетной схемы распределительной системы питания камеры судоходного шлюза:

- определение основных гидравлических характеристик процесса наполнения и опорожнения камеры судоходного шлюза с распределительной системой питания.

 

2. Планируемые результаты обучения по дисциплине

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать

- режимы движения жидкости, основные расчетные зависимости, описывающие

режимы движения жидкости;

- природу гидравлических процессов и явлений в судоходных шлюзах, способы их описания математическими зависимостями;

- конструкции судоходных шлюзов с распределительными системами питания, включая шлюзы со сберегательными бассейнами;

- основные признаки классификации распределительных систем питания судоходных шлюзов для выбора расчетных схем;

- основные расчетные схемы систем питания судоходных шлюзов, принципы выбора расчетной схемы;

- методы и способы решения задач механики жидкости для систем питания судоходных шлюзов;

- основные методы математического моделирования гидравлических процессов наполнения и опорожнения камер судоходных шлюзов, включая шлюзы со сбережением воды;

- условия, влияющие на выбор математической модели, основные допущения и ограничения в использовании различных моделей;

- принципы выбора источников информации для решения задач математического моделирования гидравлических процессов в судоходных шлюзах;

 

Уметь

- устанавливать расчетные зависимости для определения гидравлических характеристик  движения воды в элементах системы питания судоходных шлюзов;

- выбирать расчетную схему для составления математической модели, описывающей гидравлические процессы в элементах системы питания судоходного шлюза;

- составлять исходные данные для моделирования гидравлических процессов и явлений в системах питания судоходных шлюзов;

- обосновывать выбор расчетной схемы с учетом принятых допущений и упрощений;

- оценивать влияние допущений и упрощений при выборе расчетной схемы на результаты расчетов;

- применять информационные технологии для поиска информации в различных источниках;

- анализировать и критически оценивать научно-техническую информацию при решении поставленной задачи

- выполнять расчеты в соответствии с составленной математической моделью, используя стандартные прикладные программы.

Владеть

- навыками определения основных характеристик движения воды в элементах системы питания судоходного шлюза;

- навыками интерпретации результатов, получаемых при расчетах с использованием

прикладных стандартных программ;

- навыками интерпретации результатов, получаемых при расчетах с использованием

прикладных стандартных программ.

 

3. Объем дисциплины по видам учебных занятий

Объем дисциплины составляет 3 зачетные единицы; всего 108 часов, из которых по очной форме        51 час составляет контактная работа обучающегося с преподавателем (34 часа – занятия лекционного типа, 17 часов – практические занятия; по заочной форме 20 часов составляет контактная работа обучающегося с преподавателем (12 часов – занятия лекционного типа, 8 часов – практические занятия.

 

Способы сбережения воды при шлюзовании