автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Совершенствование методики гидравлического расчета разделяющихся потоков

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОЙ ИРРИГАЦИИ И МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ШОАЗИЗОВ Фаррух Шоакбарович

На правах рукописи

РГБ ОД

о с^с]

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА РАЗДЕЛЯЮЩИХСЯ ПОТОКОВ

Специальность 03.23.16.- Гидравлика и инженерная пирология.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент -2000

Работа выполнена в Институте Вэдных проблем Академии Наук Республики Узбекистан

Научный руководитель: доктор технических наук Э.Ж. МАХМУДОВ

Официальные оппоненты: доктор техкичгяц:» паук и.и. ГЛОЦАЦКИЙ

кандидат технических наук, доцент P.M. КАРИМОВ

Ведущая организация: Институт механики и сейсмостойкости сооружений АН РУ

Защита диссертации состоится «■/(? » Марта. 2000г Ю час. на заседании Специализированного Совета К. 120.06.02 в Ташкентском институт! . инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства по адресу: 700000 Ташкент, ул. Кары-Ниязова, 39, ТЙИИМСХ.

• С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан » 2000г.

Vfpiibw секретарь Специадапированного Совета

кандидат технических наук, доцент ^L?*. А.А.ЯНГИЕВ

HW8.W -OXZ.81,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие независимой Республики Узбекистан зависит от развития ее экономики, которая в свою очередь связано с развитием аграрного сектора. Для его развития необходимо обеспечить высокоэффективное использование орошаемых земель и водных ресурсов. Этого можно добиться путем эффективного использования существующих водозаборных узлов и проектирования их совершенных конструкций в будущем.

С учетом важности и большого значения данного вопроса для дальнейшего развития рсспубли'-и были приняты ряд законодательных актоз о воде и водопользовании, выделяются значительные объемы капиталовложений на водохозяйственное строительстве. освоение новых орошаемых земель, реконструкцию и совершенствование существующих ирригационных систем. С учетом того, что существующие ирригационные системы характеризуются наличием густой сети каналов различного порядка, большинство из которых пролегают в земляном русле, возникают определенные трудности для обеспечения их надежной работы п эксплуатационный период. Густая сеть каналов требует устройства многочисленных узлов деления, которые подвержены значительным деформациям русла в виде размывов и заилений.

Существующие методы расчета узлов деления не позволяют выбрать их оптимальные конструкции, которые создают благоприятный режим деления потоков. Большинство имеющихся результатов исследований узлоз деления имеют разрозненный, несистематический характер, а в ряде случаев содержат несовпадающие друг с другом данные. Проведенные исследования узлов делени.-: выполнены, в основном, для установившегося режима течения, мело изучены вопросы турбулентности потока на участке деления потоков. Однако, на практике часто наблюдается неустановившийся режим движения потока и увеличение « турбулентности потока, которое приводит к сложным русловым процессам на участке водозабора. В этой связи актуальным вопросом является Исследование узлов деления открытых потоков и составление методики их расчета. • Цель и задачи исследований. Целью работы является:

разработка уточненной методики гидравлического расчета и прогноза русловых деформаций в узлах деления потоков со спокойным режимом течения;

Эха цель достигается решением следующих задач;

- аналитическое решение задачи по определению глубины воды в узлах деления потоков при неустановившемся и установившемся режимах течений ;

- определение характера изменения водоворотной зоны;

- анализ характера изменения скоростей потока в узле деления;

- определение турбулентных характеристик потока в пределах узла деления на размываемой и неразмываемой моделях;

- изучение деформации русла в зоне узла деления потоков;

• составление рекомендаций по сокращению русловых деформаций. |\1етоды исследований. Использованы теоретические исследования с применением уравнения изменения количес-.ва движения, лабораторные исследования на гидравлической модели, натурные ©(^следования существующих водозаборных узлов, а также анализ имеющихся в литературе опьггных данных по данному вопросу.

Научная новизна. Научная новизна полученных результатов определяется тем, что в работе:

- получены теоретические зависимости для определения глубин потока в каналах, образующих узлы деления в условиях неустановившегося и установившегося режимов движения;

- проведен детальный анализ турбулентности русловых потоков в узлах деления

- установлен характер изменения водоворотных зон, образующихся при делении потоков, позволяющих прогнозировать размеры русловых деформаций;

- составлена методика расчета узлов деления потоков.

Практическая ценность работь;. Практическая ценность работы состоит в том, что на основе теоретических и экспериментальных исследований составлены практические рекомендации к расчету узлов деления потоков, позволяющие:

- определять глубины потоков в пределах узла деления и непосредственно перед Ним для различных узлов деления, независимо от соотношений геометрических размеров сечений русел и угла отвода;

- установить характер изменения турбулентности русловых потоков и их влияние на русловые деформации;

- прогнозировать размеры деформируемых участков русла, образующий узел деления и назначать размеры участков русла, подлежащих обязательному креплению.

Для облегчения расчетов по определению основных параметров потоков р узле деления рекоменуется использовать специальную программу, написанную на алгоритмическом языке "Бейсик" для ПЭВМ.

Реализация результатов работы. Полученные результаты исследований используются Управлением БФК при эксплуатации водозаборных узлов, а также могут быть использованы при необходимости всеми проектными организациями для использования их при составлении ТЭО ирригационных объектов,

содержащих участки водозаборов.

Апробация работы. Результаты работы докладывали«, на: Ш-й международной конференции "Вода: критический ресурс", которая проходила в сентябре 1996г в г Ташкенте, на международной научно-технической конференции "Современные проблемы гидроэнергетики", проходившей в октябре 1997г в г Ташкенте; научно-технических семинарах, проведенных в ИВП 1994-1998гт, САНИИРИ 1998г. ТИИИМСХ 1998-{999гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 7 научных работ, в том числе одна в соавторстве.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 122 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 44 рисунка и4 приложений. Состоит из введения, шеста глав, выводов и списка испо. ьзованной отечественной и иностранной литературы (123 наименования).

Qchphiw? содержите работа Цо ппелсиии обоснована актуальность выбранной темы, изложены цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность результатов исследований.

В первой глав«; приводится обзор и анализ литературных источников, • касающихся рассматриваемого вопроса, который показал, Что:

• полученные раннее зависимости других авторов касаются в основном деления потоков и наносов при бесплотинном водозаборе;

- имеющиеся теоретические решения данного вопроса основаны на целом ряде допущений или являются частными случаями, значительно упрощающими явление деления потока при боковом водозаборе;

- детально не изучены условия возникновения и характер изменения размеров водоворотной зоны;

- практически не изучены турбулентные характеристики течения в пределах узла деления .

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям деления-потоков. На основе использования уравнения изменения количества движет: •. получено общее уравнение неустановившег <ся движения потока для узла деления в виде: 1

Г±. + + аЛ-- + + + Щ

{& а) ' 1а йJ е I & а)

(1)

+1

Учитывая, что для решения полученной зависимости (1) не достаточно одного уравнения, предлагается использовать уравнение неразрывности, которое дня нашего случая может быть записано в виде:

а <3г

В диссертации приведены приближенные методы решения системы уравнений

В диссертации также рассмотрено теоретическое решение задачи для установившегося движения потока. Рассмотрен частный случай деления потоков в призматических руслах прямоугольного сечения при углах деления <р 5 90°. Для данного случая при помощи закона изменения количества движения получены зависимости для определения глубин п< тока перед узлом деления в виде: аЛ.' + М* - сА, + 4 = 0 (3)

8 2 'С= ¿Л ) 8 2

ще:

еЬ?-/Ь,-т= 0 • (4)

где. 8 2 ' _В^ЩСоир _ (

85/яр 8 * 8 Ча * 2

Третья глаия посвящена экспериментальным исследованиям узлоз деления потеков. Для проведения экспериментов была смонтирована модельная установка на открытой площадке лаборатории кафедры "Гидросооружений" ТИИИМСХ, которая состояла из основного канала шириной 0.5 м и длиной 14 м и отводящего канала шириной 0.5 и длиной 3 м, который примыкал к основному каналу на расстоянии 5.5 м от его начала.

В данной главе сформулированы цели и задачи экспериментальных исследований, которые заключались в:

- изучении структуры потока в узле деления;

- изучении условий возникновения и характера изменения размеров водовсротной зоны;

- изучении характера изменения скоростей;

- выявлении характера изменения турбулентных характеристик потока;

- проверке возможности практического использования полученных теоретических зависимостей для определения глубины перед узлом деления потока;

В диссертации дано описание гидравлической модельной установки, изложена методика исследований, определены абсолютные и относительные погрешности использованных измерительных приборов.

О проведенных опытах измерялись и исследовались:

- глубины потока до и ниже узла деления;

- скорости потока в 6-8 створах основного русла и 4 створах отвода;

- ширина и длина водовсротной зоны, возникающей з отводящем русле;

- ширина полосы донного п поверхностного водоотбора;

- турбулентные характеристики потока.

Для определения глубин потоков применялась водомерная игла. Продольные составляющие скорости потока измерялись при помощи микровертушкн, включенный последовательно в цепь с электронно-цифрояыч измерительным прибором ЦИСПВ-5. Определение донного и поверхностного

водоотбора проводились двумя способами: с помощью донных и поверхностных поплавков, а также шелковых нитей. Определение размеров водоворотной зоны производилось при помощи шелковых нитей.

Учитывая, что турбулентные характеристики потока оказывают существенное воздействие на характер происходящих в узле деления процессов, были проведены детальные исследования этих параметров в условиях жесткой и размываемой русел. Учитывая, что величина скорости в ючкт складывается из средней скорости и пульсационной составляющей имеем:

и <= и + и (5)

где: и - осредненная местная скорость за достаточный период времени I; и' - пульсационная составляющая скорости.

В качестве достаточного промежутка времени принят период осреднения I, увеличение которого не вызывает изменения величины и, в то время как уменьшение этого периода может привести к уменьшению или увеличению осредненнои местной скоросп!. В наших исследованиях величина данного промежутка времени I была принята равной 60. Явление пульсации скорости характеризуется среднеквадратичным отклонением о местных мгновенных скоростей и от осредненнои скорости и. Отношение среднеквадратичного отклонения к средней скорости диет величину интенсивности или степени турбулентности:

К^ (6)

и

В данной главе приведены результаты экспериментальных исследований и дан анализ характера изменения глубин потока до и ниже узла деления. Проанализированы условия возникновения и характер изменения размеров водоворотной зоны. Исследован гакже характер изменения скоростей и турбулентных характеристик потока на различных участках деления. Приведена сопоставление теоретических результатов вычисления глубин потока перед узлом деления с данными экспериментов.

Проведенные исследования показали, что общая картина деления потоков на нашей модели аналогична той, которая отмечалась в работах других авторов.

сопровождаемый некоторым уменьшением скорости у входа в узел вызван разделением потоков. Затем на участке, начиная со створа у верхней кромки водозабора и приблизительно до сечения в средней части узла деления отмечается некоторый спад уровня. Понижение уровня воды на участке деления отмечается в следствии расширения основного потока. Из-за деления потока в начале отводящего канала, у левого берега, образуется водозоротная зона. На дальнейшем участке от средней части узла деления приблизительно до створа у нижней кромки наблюдается снова увеличение уровня воды, которое вызвано поворотом отводимого потока на некоторый угол и образованием водоворотной зоны в отводе. Затем, вследствии стабилизации режима течения глубина потока начинает уменьшаться до значения бытовой глубины Ь:.

С увеличением углаотвода, спад уровня на среднем участке узла деления уменьшается. Так при <р = 90° он практически отсутствует и на протяжении всего участка деления отмечается сначала подпор уровня до створа у нижней кромки водозабора, а затем спад водной поверхности до бытовой глубины на остальном участке основного канала.

С уменьшением ширины водозабора (при 9 = 90°) уменьшается и величина подпора на участке деления потока.

Уменьшение расхода основного русла также сказывается на изменение водной поверхности основного потока. Установлено, что при уменьшении расхода (при <р - 90°) на всем участке основного русла отмечается сначала подпор уровня до средней части узла деления, а затем его спад до бытовой глубины для оставшегося расхода. В отводе при всех случаях деления отмечается спад уровня боды на оси потока до сжатого сечения и подпор ниже него, переходящий затем в бытовые глубины Ь, для расхода С?,.

При изменении ширины отвода спад водной поверхности на оси потока происходит тем интенсивнее, чем меньше ширина отвода.

На основе опытных данных были построены графики зависимости =

2 * й' 28

(рис.I) и = (рнс.2) из которых следует, чго относительный перепад

27

а г,

уровней в основном русле увеличивается с ростом отношения расходов—. При

этом, на характер изменения этой зависимости практически не влияет изменение угла отвода и ширина отводящего русла.

Относительный перепад уровней в отводе (рис.2), наоборот убывает с ростом

относительного водоотвода Причем, если угол отвода не влияет на характер

й

изменения данной зависимости, то ширина отвода влияет на нее. Чем больше относительная ширина отвода, тем больше величина относительного перепада водной поверхности в отводе.

Экспериментальные исследования условий образования и характера изменения размеров водоворотной зоны в отводе показали, что граница отделяющая водоворотную зону от транзитного потока не имеет строгих очертаний и в плане представляет волнообразную линию. Измерения ширины и длины водоворотной зоны производилось с помощью шелковой нити длиной 30-40 мм, прикрепленной к вертикальному тонкому стержню, который медленно перемещался в пределах участка водоворотной зоны.

Экспериментальные исследования показали, что определение конечной длины водоворотной зоны весьма сложно, из-за того, что жидкость, находящаяся в пределах водоворотной зоны постоянно обмениваясь с жидкостью транзитного потока, участвует в общем поступательном движении отводящего потока.

Сравнение результатов измерений скоростей и глубин потока, а также определение граничных линий тока позволило сделать следующие выводы:

- для определенной конструкции водозабора размеры водоворотной зоны и, в частности, ее ширина и длина зависят от расхода отводимого потока (2а:

1С а

Рис. 2, Гга-f•/". ттгисимости —î~r

•).'» h i

увеличение Qb ведет к сокращению размеров водоворотной зоны, а снижение Q» • соответственно к увеличению ее размеров.

• местоположение сжатого сечения также зависит от расхода отводимого потока Q, и при его сокращении смещается вниз по течению потока.

Обработка экспериментальных данных по исследованию характера изменения размеров водоворотной зоны показала, что для определения ширины водоворотной зоны может бьгть использована зависимость Офицерова A.C.:

-«■И)

при (7)

при ^->1 (8)

где: В?.».- шири ш водоворотной зоны.

Сопоставление этих зависимостей с данными наших опытов показыло, что между ними имеется хороша* сходимость и они могут быть использованы для практических расчетов.

В работе приведен анализ характера изменения полосы водоотбора в зависимости от изменения головного расхода. .Изменения угла отвода, как показали наши опыты, практически не оказывает влияния на ширину полосы водоотбора. При этом, относительная ширина полосы водоотбора поверхностных Вп/В и донных Вд/В струй растет с увеличением отношения удельных расходов яь/ць

Анализ проведенных исследований по определению ширины полосы водоотбора показал, что данные опытов приблизительно совпадают со значениями ширины полосы водоотбора, определенных по эмпирическим зависимостям Офицерова Д.С. в вцде;

•%е1Л2%-0Й4 (9)

В й

•^■ = 1.70^ + 0.05. (10)

" й

чгр позволяет их рекомендовать для практических расчетов.

in

ь

Di 4

0.6

DM

0.2■

0.4

as

O.J

Rte.3 График зависимости &

&

h В

1.6

J.г

os

OA

iß

ill *0.îfl Ы-йШ]

o v.zo\ &

о Ч*Зо' ф

©

А U*0.«j А

В SÍ,qsí

g SÉ я0425

Qs/ü<

Ч'.Зо*

0.2 о.1) as oí i.o

Рис.-Í График эариситости fa

й

/ fê)

Детальное изучение гидравлической структуры потоков было проведено на основе измерений скоростей в пяти точках каждой вертикали (на глубинах 0.21), 0.6(1, 0.8Ь, на поверхности и у дна) на различных участках узла деления. Анализ порученных эпюр распределения скоростей показал, что выше узла деления (на рг.елтгянии В от верхней героики водозабора) при равенстве ширины основного К£.:;лла и отвода, наибольшая скорость потока отмечается при всех углах деления у правого, примыкающего к водозабору, берега основного русла.

При уменьшении ширины водозабора максимальная средчяя°скорость на данном участке перемещается к левому Сер ■] основного канала.

В конце основного русла, н° расстоянии порядка (3+5)В от нижней кромки водозабора, эпюра скоростей начинает выравниврться, причем этот процесс происходит быстрее при меньших углах отвода.

В отводе процесс выравнивания эпюры скоростей происходит на относительно большем расстоянии, что вызвано образованием здесь водоворотной зоны.

В отводящем русле из-з» образования водоворотной зоны, наибольшие скорости наблюдаются у правого берега, где проходит зона транзитного потока. При этом, до сжатого сечения происходит увеличение скоростей в зоне транзитного потока, а ниже него - наблюдается их спад.

По мере удаления от узла деления наблюдается общее выравнивание скоростей в исследуемых с.ворах.

Исследования величины интенсивности турбулентности потока К показали, что: в створе у верхней кромки водозабора их значения на поверхности потока практически на всех вертикалях изменяется в узком диапазоне от 0.35 +00.45. С глубиной она несколько увеличивается, а у дна вновь снижается и изменяется у дна в диапазоне от 0.071 до 0.085.

В узле деления величина К на поверхности потока изменяется от 0.042 до 0.086.

Необходимо отметить, что изменение интенсивности турбулентности на различных вертикалях происходит по разному. В частности, при <р - 30° и О* =0.032м5/с у правого берега осноанс.о русла, в близи узла деления, величина К постепенно уменьшается от поверхности до глубины 0.6Ь от значений 0.08 до 0.06, а затем на глубине от О.бЬ до 0.8И резко возрастает до К = 0.23 и далее вновь :111 к; л ея до К - 0.16 у дна русла.

По мере удаления от узла деления изменение интенсивности турбулентности на вертикалях происходит более плавно, без наличия резко выраженных скачков.

В отводимом канале максимальные значения интенсивности турбулентной« оказываются у левого берега, в зоне расположения водоворотной зоны. По мере продвижения к правому берегу величина интенсивности турбулентности уменьшается.

С увеличением угла отвода изменение интенсивности турбулентности в , основном канале перед узлом деления от поверхности ко дну потока становится более плавным. На остальных участках узла деления изменение угла отвода практически не оказывает влияния на характер распределения интенсивности турбулентное!-'..

В четвертой главе приведены результаты исследований русловых деформаций,

происходящих на участке деления потека. Для оценки происходящих в узлах

с

деления русловых деформаций, а также для выбора объектов натурных исследований были проведены обследования имеющихся узлов деления и участков водозаборов на Большом Ферганском канале (БФК). Русла этих водотоков проходят в основном в связных фунтах. Анализ проведенных обследований показал, что происходящие там русловые деформации определенным образом вызваны:

- увеличением скоростей перед узлом деления;

- увеличение д< скоростей в зоне транз .тного потока в отводе;

-образованием водоворотной зоны у верхней кромки водозабора.

Обследования узла деления на участке водозабора из БФК в подводящий канал

Обихаятской насосной станции показали, что здесь отмечаются небольшие объемы русловых деформаций. У верхней кромки водозабора в отводящем русле наблюдалось отложение наносов, а у противоположного берега (у нижней кромки) его размыв.

На основе проведенных обследований были выбраны объекты для отдельных натурных исследований, в частности, участок водозабора из БФК в Обихаятсьую насосную станцию. Основные параметры БФК и отводящего канала изменялись и следующих пределах:

БФК В=20-29.5 м;|1т„=3.3-3.9м;Нс,,=2.1-3.1 м;

отвод В,=5-7 м; lw=0.85-2.7 м; hcp=0.64-l .75 м.

При проведении отдельных натурных исследований было выявлено, что отмечается некоторое увеличение скоростей в основном русле в близи участка водозабора. В отводящем русле наблюдается увеличение скоростей в зоне транзитного потока и уменьшение их в зоне образования области водоворота. Ниже створа исчезновения водоворота происходит выравнивание скоростей по створу.

Как показывает практика гидротехнического строительства и многолетние натурные наблюдения на участке водозабора происходят сложные русловые деформации. Было установлено, что размыв дна происходит на участке начиная несколько выше створа 5 (на расстоянии 1-1.23 выше верхней кромки водоз-бора) основного русла, в самом узле деления и в о,воде в зоне транзитного потока.

Так на участке, расположенном выше узла деления, дно основного канала углубляется. Ниже водозабора отмечается заиление основного русла продуктами размыва. Это происходит за счет уменьшения скоростей потока. В начале отвода в зо"е водоворота, наблюдается значительное отложение наносов, а у противоположного берега отмечается размыв в следствии увеличения скоростей в зоне транзитного потока.

При разделении потоков происходит изгиб отводимого потока в сторону водозабора, в следствии чего возникает значительная поперечная циркуляция. В реч. льтате этого основная масса донных наносов, увлекаемая придонными струями, устремляется з отвод и осаждаются в ведоворотной зоне. А поверхностные струн, опускаясь ко дну у противоположного берега, размывают его. Установление характера русловых деформаций в узле деления имеет большое значение при проектировании и расчете креплений на участках водозаборов. Особенно, это важно при водозаборах, расположенных на размываемых участках рек.

Исследования величины интенсивности турбулентности К на размываемой модели показали, что характер их изменения в основном аналогичен, изменениям К на соответствующих створах жестко;х> русла, с той лишь разницей, что на жесткой модели не отмечается таких резких скачков интенсивности турбулентности, как на размываемой модели. Изменение интенсивности турбулентности на жесткой модели происходит более плавно.

В этой же главе приводится моделирование участка водозабора из БФК в Обихаятскую насосную станцию, которое было проведено на основе имеющихся в литературе методов. В случае моделирования турбулентных потоков, отвечающих квадратичной области сопротивления исходят из соблюдения следующих условий: Fr = idem ReM^(Re)"np

Fr„ = Fr„, т.е. Fr„=0.14; Fr»=0.14.

Для наших условий число (Re)"Bp = 9469.6, а числа Рейнольдса составили: Re, =20885-50175; Re2=13978-34523; Re,=l 1298-18590.

Принятая методика моделирования основана • на принципе гидравлического подобия по числу Фруда FrB = Fra с соблюдением условий по шероховатости русел СИ=С„ и уклонов водной поверхности Iu-l».

С целью создания достоверной гидравлической структуры потока на додели масштаб скорости выбирается равным 3.8, т.е.

\Wn = 3.8 (И)

масштаб расхода

a<3=atavat, (:2)

При подсчете основных размеров русел модельной установки были использованы данные отдельных натурных исследовашш, проведенных на участке водозабора из БФК в Обихаятскую насосную станцию. По данным проведенных исследований расход основного потока составил 114.27 м3/с, а забор воды з Обихаятскую насосную станцию - 28.73 и'/с.

Основные параметры русла в створе I основного русла составили:

Ширина по урезу воды - 29.4 м;

Максимальная глубина потока - 3.9 м;

Средняя глубина потока - 2.22 м;

Площадь живого сечения - 65.27 м1.

Моделирование участка водозабора было осуществлено на экспериментальной модельной установке, горизонтальный масштаб которой составил 1:40. Принимая на модели искаженное моделирование имеем вертикальный масштаб 1:21 Масштаб расхода согласно (12) составил:

<iq = uiothav = 40x15x3.8=2280

Расход основного русла на модели составил:

С1М= «ей =^И«7 = 50.12л/с.

2280

Расход отводящего русла на модели был равен:

=аейв =-^28.73- 12.60л/л

2280

С учетом принятых масштабов получены следующие параметры для начального створа основного русла модельной установки.

После подсчета основных параметров модельных русел в последующих створах с учетом принятых масштабов и данных отдельных натурных измерений на модели был воспроизведен участок водозабора из БФК в Обихаятскую насосную станцию.

П пятгм главд приведена методика гидравлического расчета деления открытых потоков. В результате проведенных исследований деления открытых потоком было выяснено, что:

• В основном русле деление потока сопровождается изменением водной поверхности, а именно, на сравнительно большом расстоянии 5В выше верхней кромки узла деления устанавливается бытовая глубина Ыб для головного расхода 01. Далее на участке протяженностью ЗВ глубина основного потока начинает возрастать и образуется некоторый подпор. Затем эта глубина постепенно убывает, приобретая свое минимальное значение Ь| на сравнительно небольшом расстоянии (1.2 - 0.8В) выше верхней кромки узла деления. Далее в самом узле деления в зависимости от образования водоворотной зоны глубина начинает возрастать и на сравнительно большом расстоянии 4В ниже нижней кромки узла деления

В„ = а, В„ - 29.4 — = 0.52 м,

40

= аьЬгт> = 2.22 - = 0.148 м. „ Он _ I ¡14.27

(у.. 3.8 65.27

= 0.461 м/с

устанавливается бытовая глубина основного потока Ьгб для оставшегося расхода

• В зависимости от основных параметров узла деления : угла деления <р, отношений С2вЛ2| и Уо/У| в основном русле образуется водоворотная зона.

• Боковой отвод воды при бесплотинном водозаборе определяется шириной полосы поверхностного и донного водоотборов,которые зависят от отношения расходов (ЗДЗ).

• Отвод разделившегося потока сопровождается изменением водной поверхности в отводящем русле и в начале отвода наблюдается понижение водной поверхности до сжатого сечения ( на расстоянии 1-1.5Вв), затем подпор ниже сжатого сечения и стабнлизацля потока с установлением бытовой глубины Ь«б для отводимого расхода <3В на расстоянии (1в.з. + ЗВ«).

• В отводящем русле образуется водоЕоротная зона, плановые размеры которой зависят от соотношения У»/\Л и угла деления (р.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований была разработана методика расчета узлов деления, позволяющая определить гидравлические параметры потоков для различных условий и режимов течений.

Для неустановившегося режима течения в узле деления была получена система уравнений (I) н (2), которую рекомендуется использоваться при определении кривой свободной поверхности потока в данный момент времени в опредеЯенном сечении. Учитывая , что эта система уравнений представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных гиперболического тина с переменными коэффициентами, ее точное решение и

интегрирование представляет значительные трудности. Для практических расчетов с использованием приближенных методов вычисления уравнений (0,(2) могут быть использованы имеющиеся в литературе методы, один из которых приведен в диссертации.

В случае установившегося движения глубина потока перед узлом деления Ь| для головного расхода воды С?! зависит от условий деления потоков к параметров разделяющихся потоков. При этом,она является неизвестной величиной. В самом узле деления, в зависимости от наличия или отсутствия в основном канале водоворотной зоны происходит некоторое, .¡сличение глубины, которая ниже узла целения снижается и достигает бытовой глубины Ьг, для оставшегося здесь расхода воды (Зг. Аналогичные явления происходят и в отводе, где на некотором _ р<"-стоянии от узла деления устанавливается бытовая глубина для расхода <3».

В этом случае задача сводится к определению глубины потока перед узлом деления 1ц. А глубины потоков ниже узла деления в основном канале 1ц и отводе Ь», определяются при помощи известных методов пщравликн для открытых равномерных потоков. Для определения глубины потока перед узлом деления 1ц в случае прямоугольных русел рекомендуем использовать полученные нами зависимости (3) и (4). Для этой цели необходимо:

1) определить бьгговую глубину в основном русле ниже узла деления Ьг при помощи формулы равномерного движения Шези по заданным параметрам сечений и коэффициента шероховатости русла для расхода 0?;

2) определить бытовую глубину о отводящем канале Ь» также при помощи формулы Шезн по заданным параметрам сечений и коэффициента шероховатости русла для расхода С«;

3) подставив значения бытовых глубин Ьг и Ь», которые устанавливаются в соответсвующих сечениях ниже узла деления и значения параметров потоки <2|> <32, <3>, В. В„ угла деления ф, уклонов дна основного канала и отвода Ь, ц, расстояния на котором устанавливаются бытовые глубины 1|, !,. можно определить искомую глубину !ц.

Для определения относительного перепада уровней в основном русле и отводе

можно использовать полученные нами графики зависимости ■ (рис.1)

Исследования узлов деления потоков показали, что в начале отводящего русла у берега, примыкающего к верхней кромке водозабора образуется водоворотная зона. Для определения ширины зоны водоворота могут быть использованы зависимости Офицерова A.C. (7) и (8).

Одними из важнейших характеристик разделяющихся потоков являются относительные ширины донного и поверхностного водоотборов, для определения рекомендуется использовать зависимости (9) и (10).

Как показало прозеденное сопоставление теоретических результатов с опытными данными зависимости (3) и (4) позволяют определять величины hi с погрешностью + 2.5 + - 2.0 %, что позволяет рекомендовать их для практических расчетов.

Составленная методика гидравлического расчета справедлива для узлов деления, в которых диапазон изменения чисел Рейнольдса и Фруда составляет:

•7

2 S

и

1^=20885-50175; Яе2= 13978-34523; 1^=11298-18 590. Рг,=0.077-0.199; рг2=0.031 -0.081; Рг,=0.009-0.128.

В шестой главе приводятся рекомендации по снижению русттовых деформаций, происходящих в узле деления открытых потоков. Заключение

В соответствии с поставленными целями и задачами исследований в диссертационной работе получены следующие результаты:

I. Анализ выполненных исследований разделения потока показал, что в настоящее время отсутствует четкая и дост>. зерная методика расчета узлов деления. В подавляющем большинстве расчетные зависимости, предлагаемые авторами, позволяет определять глубину потока в основном канале только для определенных условий и к тому же приводят к неоднозначным результатам.

2. Для неустановившегося режима течения получена система уравнении для потока переменной массы (1) и (2), позволяющая определять положение свободной поверхности потока в данный момент времени и в определенном сечении. В диссертации приведены различные схемы решения этих уравнении имеющиеся в литературе.

3. Для установившегося движения потока получены расчетные зависимости(З) и (4), позволяющие определять глубину потока перед узлом деления.

4. На специально построешюй гидравлической модели проведены в условиях жесткой и размываемых русел детальные исследования структуры потока в узле деления. Установлен характер изменения глубин на участке деления потоков в зависимости от изменения основных параметров разделяющихся потоков.

5. Установлены условия возникновения и характер изменения размеров водоворотной зоны, возникающей в отводящем русле. Проведены детальные исследования и выявлена кинематическая структура потока на участке деления потоков.

6. Определен характер изменения турбулентных характеристик потока на различных участках узла деления в жестких и размываемых руслах. Установлена

и

взаимосвязь характера изменения интенсивности турбулентности потока с наблюдаемыми в узле деления русловыми деформациями.

7. На основе экспериментальных данных проведена проверка полученных зависимостей (3) и(4), позволяющая рекомендовать их для практических расчетов. Полученные экспериментальные данные и теоретические зависимости сопоставлены с имеющими в литературе результатами исследований различных авторов, что указало на их достоверность и возможность практического использования.

8. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований составлена методика расчета узлоз деления потоков.

Оснопног содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Шоазизов Ф. О гидравлическом расчете узла деления открытых потоков // Проблемы механики. Узбегсский журнал,Ташкент; "ФАН", 1599, № 1, с.30-33.°

2. Шоазизов Ф. Изучение интенсивности турбулентности потока на участке деления открытых потоков II Проблемы механики. Узбекский журнал, Ташкент: "ФАН", 1993, №4, с.41-47.

3. Шоазизов Ф. Гидравлические исследования узла деления открытых потоков // Мелиорация и водное хозяйство. Сб. научных трудов. Ташкент: САНИИРИ, 1997, с. 103-105,

4. Шоазизов Ф. Некоторые вопросы расчета водотоков с присоединяющимся вдоль пути расходом воды //ТИКХМИИ "Гидромелиорация факультета","Сув хужалиги курилиши" ва "Мелиорация шшириршш механизацнялаш" мухассисликларишшг 50 -инллигига багишланган укув-илмий ишлаб чикариш анжуманининг маколалар туплами. Тошкент: ТИИИМСХ, 1996, с. 146-152.

5. Шоазизов Ф., Махмудов Э.Ж. К расчету глубин при отделении потока // Водные проблемы аридных территорий. Сб. научных трудов, Вып.З, Ташкент? ИЗП АНРУз, 1995, с. 170-176.

6. Шоазизов Ф. Рекомендации к гидравлическому расчету узлов деления открытых потоков // Современные проблемы гидроэнергетики. Материалы международной 'аучно- технической конференции, Ташкент: ТГТУ, 1997, с. 38-39.

7. Шоазизов Ф. Исследования рациональных методов отбора воды II Современные проблемы гидроэнергетики. Материалы международной научно- технической конференции, Ташкент: ТГТУ, 1997, с. 40-41.

Шоазизов Фаррух Шстсбарсзнч " Булнииб кетувчи сув окимларининг гидравлик - хисоблаш методнкасини такомиллаштнрнш" Диссертация кириш, ояги боб, хулоса ва фойдаланилган адабиетлар руйхатидан иборат.

Кириш кисмида мавзунинг долзарблиги асосланади, тадкикотнинг максад ва ьалифалари, илмий жпхатдан янгилиги, тадкикот натижаларининг гмалий ахамичти баен килинади.

Биринчи бобда тадкик килинаетган масалага дойр адабиетлар куриб чикиб тахлнл килинади.

Иккинчи боб узгарувчан ва узгаришсиз харакатларидаги окимлар булиНишини на .арий жихатдан урганишга багишланади.

Учикчи боб сув окииларининг будиннш жойияи амалий жихатдан тадкик килишга багишланади. Бу бобда окимнинг кинематик ва турбулент характеристикалари, шидоатли охим (гирдоб) минтакаси куламининг микдорининг гозага кеяиши ва узгариши, булиниш Жойидаш сув окими чукурлкгининг узгариш хусусилтлари тадкик килинади.

Туртинчи бобда узаига оид узгаришларни тадкик килиш натижадари келтирилади.

Бешинчи бобда сув окимларнянг булиниш жойларики хисиблаб чикиш методикаси берилади.

Олтинчи бобда узанга оид узгаришларни кискартириш буйича тавсиянома

берилади.

Ишнинг охнрида тадаикот натижадари кшсидан асосий худосалар берилади.

The theme of the dissertation paper of F.Sh. Shaazizov is "Modernizing of hydraulkal calculation method of dividing water streams".

The work consists of an inroduction, 6 chapters, a conclusion and a list of used literature.

In the introduction the actuality of the problem is based, the purpose and objects of investigations, the scientific novelty and the practic value of the results of investigations are illuminated.

In the first chapter a literature review of the solving problem is illuminated.

The second chapter is devoted to the theoretical research of lividing water streams. In this chapter the unsteady and steady motions of water sreams are considered.

The third chapter is devoted to the experimental investigations of the dividing water streams.

In the fourth chapter the reaults of river-bed deformation investigations of the dividing water streams junctions are cited.

In the fifth chapter the calculation method of the dividing water sreams is cited.

In the sixth chapter the recomendation by reducing of river-bed deformation is cited.

The coclusion is devoted to the basic deductions of the hydraulic reserch of dividing water streams.