автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Двухмерные в плане течения на круглыми водопропускными трубами

-юскозтсш ордена "трудового красного знамени" авто мобильно -

до?о*шй ж:титут

На правах рукописи

КОХАНЗНКО Виктор Николаевич

1

УДК 532.543:627.83

ДВУХМЕРНЫЕ В ПЛАНЕ ТЕЧЕНИЯ ЗА КРУГЛЫМИ ВОДОПРОПУСКНЫМ ТРУБАМ

05.23.16 - Гидравлика и инаонэрная гидрология

А В Т О Р В Ф В Р А Т

ддасзртации на соисчаниэ- учзноя степени каглчдата технических наук

Месйза 1992

Работа выполнена а Новочеркасском ордена "Знак Почета" иняенерно-мелиоративном институте имени А.К.Кортунова

Научный руководитель - доктор технических наук, . профессор КИСАРОВ О.П.

Официальный оппоненты - доктор технических наук

ПЕРЕНКОВ И.А.. - кандидат технических наук, доцент АШНШ В.-И.

Ведущее предприятие - Вкный государственный проектно--изискательский каучно-исслздоваталъсккй институт "СаГИПРОВОДХОЗ"

Защита состоится " /_£}* . ^/P/^ 'f , г. в /4^ час.

на заседании специализированного совета ВАК СССР К53.30.03 при Московском автомобильно-дорожном институте по адресу: 125829,Г0П47 Москва, Ленинградский проспект, 64. ауд. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан : " ~1992 г»

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета института в двл эмемыярах.

УченкЯ секретарь . • • •'. ■

специализированного совета. о;в.Водя

¡г: _ 3

' ОЕЙАЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

• Значительные масштабы дорожного и мслке-■■ рзтявного строительства трзбупт возведения большого числа гндро-тэхничосгсих сооружения, наибольшее распространение среди которых получили водопропускные труба круглого сечзння. Нижний бъсф ряда сооружений мелиоративных систем и, особэшю, косзгсрных сооружения дорожного водоотвода, работает в тягзлих эксплуатационных условиях: при значительное нэравномэрности распределения у дельн;,х расходов; высокой чинэгдчности сбросного потока, калом подтоплении отводящего русла т.о. в условиях свободного растекания потока. В условиях свободного растзкания потока работает до 60 % таких сооружений как: концевые и аварийные водовыпуски, дорожный водоотвод, сооружения систем лиманного орошения и т.д. Корчаль-нуп эксплуатации таких водопропускных сооружений' во многом определяет надежность нижнего бъг$ь, которая зависит от эффективности и устойчивости работы выбранных средств галения избыточной кинетической энергии бурного потока. Скорости потока на зыходе за малыми водопропускными сооружениями достигавт 5-6 к/о, а допускаемые па размыв скорости для грунтов з неукрепленных отводяцих ■ руслах поставляет 0,7 - 1,0 м/с. В связи с этим появляется местные размывы и поэтому расчеты выходных участков за сооружениями также полтаи, как и определение диаметра'их отверстий.

Для правильного выбора габаритов креплэнчя гасителей энергии потока необходимо знать гидравлические и геометрические характеристики потока за круглой трубой. Реактивные элементы гашения энергии потока, з гасителях различного типа, могут находиться на лсбом из следующих двух участков растекания потока: от выходной трубы до стЕора полного растекания и от створа^полного растекания до точки схода линий косых гидравлических Прыжков.

If

Следовательно, для правильного выбора габаритов крепления гасите д00 энергии необходима надзкная кзтодика расчета плановых потоко

Вопросу расчета плановых потоков посвящено большое количэст so работ ¿1.А.!Зерзнкоза, Х.Рауза, Г.А.Лилицкого, Г.И.Сухомела, к. Иппона, ¿..Даусона, Б.Т.Емцзва, Г.Й.Мацук, Н.Т.Мелзаенко, Н.Е.Коп дратьзва, Сон-Взнана, А. И. Ми литое 2а и др. Одна:;о при вод;; ми о отмеченными авторами зависимости для расчета зоны свободного расто-.кания за прямоугольники трубами давт значительные расхождения результатов.

Сопоставление опытных контуров зоны свободного растекания 31 еодопропусками круглого сечения с контурами, построенными по мз~( дико расчета за прямоугольными водопропусками, показало, что независимо от режима работы, уклона дна и кннзтпчности потока в выходном сечении отмочено значительное (до 100 ;0 расхождение геометрических размеров. Поэтому задача совершенствования методов гидравлического расчета планового свзбоднореетокающегося потока за круглы;-;;; водопропускной;: трубами, явллзтся одно л из актуальны: 'в связи с чем была в кл в чека Министерством мелиорации и водного хс зяПстза СССР з программу Г-IIÍP :ia 1985 - 1930 годы по задании 03.18»ül: "Усовершенствовать конструкции к методы расчета трубчатых ГГС мелиоративных систем Северного Кавказа'.'.

Цель работы - разработка катода гидравлического расчета двухизриих бурных потоков за круглыми водопропускными трубами. Для достигзния поставленной цели'необходимо рзвить следующие заде чи:.

- выявить факторы-, влияете ва .гидраазичзскяз и геоиетричес-' к;<э характеристика свободного растекания потока в нижнем бъере зг

B'o.ontvoayssaata труба:« круглого еечзиия;.

- разработать методику расчета поля скороэтэй и толя глубин потока, как до сочзкая полного растакалия потока, так.;; делан до

точки схода 'линий косых гидравлических пршкков;

- максимально автоматизировать процесс расчета поля скоростей и поля глубин потока;

- дать вариант возмокного применения этой методики для расчета оптимальных по стоимости крепления габаритов базового варианта выходного участка.

Разработан новиЯ метод расчета планового свободиораотэкапцегося бурного потока за круглими водопропускными трубами. Суть метода - это сведение решения краевой задачи свободного растекания потока к рзаенип довольно простой системы тригонометрических уравнений.

Уточнен вопрос о продельном распирэнии бурного потока, т.е. о критерии разграничения русел на относительно узкие и относительно пврокяе.

Практическая^ценностьд^боты определяется возможность*) нсполь-зозать разработаннув кзтоднку при проектировании нижнего бъзра различных классов трубчатых водопропускных сооружений для назначения габаритов и типа участка крепления, расчета максимальной придонной актуальной скорости в стзоре обрыва крэллония, позволяйся дать прогноз глубины местного размыва.

3 работе бнло получено урзвтгэниэ косого гидравлического правка непосредственно из система плановая уравнений движения потока, используя когориз колено легко опрздэлить сопряет:;ш;о глубина а скорости. Получек ряд расчетных формул, которые могут использоваться автономно при расчетах гидравлических пвракетрез потока. Разребстана конструкция нижнего бъэфа для сооружений дорожного водоотвода.

Рео.г/.заци^аботы^ Результаты исследований были проверена па огштноа установке в НИИ1 и внедрзны при проектировании гидротехнических с:оружениЯ ороситзльно-обводнитэльных систем Кабарди-

но-Балкарской АССР с годовым экономическим эффектом в 23,6 тыс. рублей.

работы. Результаты работы были доложены и одобрз-' ны на областной научно-практической конференции молодых ученых з Новочеркасском инжензрно-мелчоративнок институте (мап 1967 г.), научно-тзхничэской конференции "Повыяэиие эффективности использования водных рэсурсов Сэворного Кавказа" в Новочеркасском ин-гзнорно-мзлздратявном институте (март 1988 г.), Зсзоо1)зноГ; на-учпо-тзхшчзской кои^зрзнции "Повыаэниэ эф^активности использования водных ресурсов л сельском хозяйстве" посвященной 100-ле-тиз зо дня рождения Б.А.Шумакова в Новочеркасском инжензрно-ке-л-:дативном институте (сентябрь 1989 г,), на республиканском чг/чнэм оеминаре по гицравликэ открытых русел и сооружений з Киевском автонобильно-дорожном институте (октябрь 1991 г»), на за-ездании кафздра гидравлики НЯМИ (февраль 1992 г») и «Щй (январь 1992 г.)..

Публикации. По теме диссертации опубликовала работы.

Стр^ктщз_и_объем_диссе£тацни. Диссертация состоит- из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на страницах- каанзопис-кого текста, содержит рисунка и таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ. ; РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности-темы» излагаются научная новизна и практическая ценность работы, приводятся сведения о внедрении- работы. •

•• В первой глава ваподнеи обзор работу посвяценных работе нижнего бьефа трубчатого водопропускного сооружения при налом подтоплении, и гидраьличаскоиу расчету параметров свободнорастекап-. чэгосй бураоро потока.. Изтоды "расчета гидравлических характерно-

тик двухмерного бурного потопа, как наиболее характерного для со-" оруления дорожного водоотвода, нашли отражение в работах И.А.Ше-ренкова, Н.П.Розанове, Н.М.Константинова, С.М.Слиского, В.М.Лят-хера, Б.Т.Емцева, Г.Я.Волченкова, Г.С.Пичугова, М.Н.Цивииа, Г.Я.Мис^к :: др.

Из анализа работ било устакозлзно, что:

- приведенные з справочной литератэре зависимости для расче-■ та зоны свободного растекания за прямоуг ольныни трубами зачастув

протиБорэчевы и даст значительные расхождения результатов;

- сопоставление опытных контуров зоны свободного растекания за водопропусхама круглого сечения с контурами, построенными по методике расчета за прямоугольный водопропусками дает значительное (до ЮО %) расхождение геометрических размеров;

- требует дальнайпего изучения вопрос расчета гидравлических характеристик двухмерного бурного потока, аозкикавдвго за кооого-рными и равнинным:; водопропускными трубами круглого сечения;

- в качестве базовой модели крепления выходного участка дорожного водоотвода аыбрано крепление с. вертикальным зубок, дополненное бокозыш стенками, как наиболее простое и технологичное.

В соответствии с выполненным анализом.были -сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе в перзуо очередь были выявлены основные факторы, алиявниз на характер растекания бурного потока за водопропускными трубами круглого сечения. К ним относятся: .

- число ■¿руда па выхода потока из трубы; •

- неравномерность распределения глубин-и скоростей.до аири-т трубы а выходном сочетш; •

- относительное расварэняо ¡шгпзМ бьеАа;

- као^яииент гидравличзакэро ?рз«ия; --

. s

- форма дна нижнего бьзфа; ^

UL

- параметр расхода Пп -

Ц-d?

»

где Q. - объемный расход потока;

(L - диамзтр трубы.

При исследования характера протекания потока з зжкнеи бьо£о ■¡■рубчатого водопропускного сооружения было замечено, что $ормы сопряжения, присущие относительно узким руслам плели место даже при относительном расзлрзили J& = 25 и в тоже время при Jb с = 3 возникали |>ор'<а сопряке:шя, характерные для относительно широких русел. 2то позволило предположить, что критерий разграничения русел на относительно узкие и апрокие не является постоянно" величиной, а представляет слогшуа фуиицяопаль-луа зависимость. 3 качестве такого критерия была принята велпчпгл предельного расширения Jbn. двухмерного бурного потока, зависящая от таких факторов как расход, уклон и длина водопропускного сооружения, форма ого поперечного сечения, гидравлически.) реким работы и относительная глубина подтопления нижнего бьефа. Было доказано, что при длине труби Е > I'd* , величина J3n зависит только от параметра расхода Лй . Исследования показывают, что; j3n, возрастает с увеличением Па, причем в диапазона 0,2^ Па 0,8 эта зависимость является практически линейной (рис. I).

Ограничения на выявленные факторы следующие:

- уклон труба и участка креплогая L = 0;

- относительная длина трубы @*fcL в II;

- относительное расширение .нижнего бьефа 3 £ J& £ 2?;

- в математической кодэли предполагалось Jl i;

- п-.г.анэт? расхода 0,25 i Пй ^ 0.9, при этои

fia - 0,25 - режим безнапорный. По. = 0,9 - рзкич полукапорний; . - кинэтичность потс:-:а на вкходэ :тз труби а пределах от I

до 20.

Зависимость предельного расширения потока от параметра озсходо' для круглых труб

f.

8 6 ч

ол ■ Q.4 ; 0.5 • . : JjQ ew. 0,4 Па

в - уклон труби ¿V ""0; о - уклон трубы ¿V =0,1.

Piro. I

Лалое во второй главе была выведена расчетная -формула для определения эквивалентной ширины потока на его выходе в ниг.кий бьеф. Исходя из основных уравнений движения потока была получена слодучкая формула:

b^ffayii. .. . . (i) _

где - эквивалентная ширина.прямоугольной трубы;

ti. - l*0*pjfio- ■ - эквивалентная пирина прямоугольной трубы по ранее известным методикам;

ю

площадь живого сечения потока на выходе из круглой трубы; .

А0 - глубина потока на выходе из круглой трубы; Рца - критерий ,5руда на выхода потока в нижний бьеф:

В этой кз глава били выведены формулы для эквивалентной глубина и эквивалентной скорости потока на его выходе из круглой трубы. Анализ этих формул показывает, что для расчета плановых потоков за круглыми водопропускными трубами можно пользоваться методикой Я.А.Изренкова.-Необходимо лишь универсальный график И.АЛеренкова сжать вдоль продольной оси симметрии в Цраз. Гидравлические параметры потока следует определять как и ран-зе по формулам: _____.

к- t-L,

где $ = 0,1; 0,2; ... 0,9; .

lT - модуль вектора скорости; Аглубина потока;

- ускорзяиз силы тяжзсти; Пра переходе от универсального графика s физичэзхоя области . течения потока необходимо пользоваться сгедувгянк форнудаза перехода: . .

гдэ у , X - координаты точки на унизерсальнои графика Я.1.Ш9ренкова.

" р

^гол набз^ания кралней линии тока на боковую стзлку. "о " :<о*зт гзрсгетать пр;' этом тзсрэтичзскяй угол з бС градусов Ср;гс. 2).

£ '

План растекания потока

гио. г.

Поэтому для определения угла "уЗ " между направлением вектора скорости и фронтом косого гидравлического прыжка уко нельзя пользоваться известными номограммами Б.Т.Нмцева. Для определения угла "уЗ " пользуемая изпсстнмм уравнением:

где - кинотичность потока-в точке набегания крайней линии !тока (точка Д) на боковую стенку. Это уравнение сводится.к елгебрсическому уравнению пятой степени относительно :

а,-зм- аг, а,.-*"***1-* : '

-л

а Г =/;- Л* /3 = вГп.. Корни полученного алгебраического уравнения определяются иэ-.•теестнаки. методами. Для, при^ляжанного' определения корне!! справедливо следу йкэо квадратное уравнение:

./а ___

лГШР

Определив угол м уЗ " мо:;;ко построить линии косых гидравлических прыжков и определить гидравлические параметры как до прыжка, так и посла прыжка пользуясь при этом формулами А.йппена для сопряженных глубин и скоростей. Линия косых гидравлических пркжко: между отдельными линиями тока интерполируется отрезками прямых.

Результаты счета по данному катоду показывает хоропое совпадение гидравлических параметров и геометрических характеристик потока с результатами эксперимента в зироксм диапазоне чисел Фруда. Расхождение геометрических размеров зоны растекания составляет уее не более 10-15 процентов.

В_-г£отьоя_глаБЭ_ з целях дальнзйгяего повыаония точностилазто-матизации процесса расчета гидравлических и геометрических характеристик планового потока была сформулирована и решена краевая задача процесса свободного растекания бурного планового стационарного потока до створа полного растекания. Исходя из общих законов механики жидкости была выведена система плановых уравнений движения жидкости в интегральной форме в виде:

* = -у^хс/ул

где , ^

П-

V - модуль вектора скорости жидкой частиц»; (ь - глубина потока; ' •

Л - угол мекду направлением вектора скорости и полозитвльнвн

направлением продольной ос« симметрии потока; 2в - координата дна нхккзго бьефа;

X « 0,0303» С^УМ - коэффаадэзт гидравлического трения;

• ¡>

г£%- средняя в-'сота »¡ыступзв спрохозатостя поверхности дна

ниянзго бьо Ja; а - ускорение силы тяжести;

Z"7 - произвольная замкнутая кривая з плоскости X У ; 8 - поверхность в плоскости OTif, ограничэнная кривой Р . Граничные условия лля краевой задачи рорчулипо-.алпсь в видз: на выходе потока з нихннЛ бьз£

77= lf/0/Jj ; с к (С, У); = О ;

на оси симметрии потока ^(X,О) - О ■

вдоль граница потока !/ = у* (х ), определяемся в результате сеязния задачи /" л

[п = о

'Ы-Ш.

В таком виде граничные условия могут учитывать возмогнуэ неравномерность распределения глубин и скоростей по сирине трубы. Решение поставленной краевой задачи осуществлялось следун^им образом. Лзпод&зовалось аналитическое отображение области течения потока на правильнуо область - прямоугольник, посредством линейного преобразования координат

2 = 4 = У/т^-

Пользуясь формулами численного интегрирования записывались дискретные'уравнения двикенпя, применительно к введенному четырех-то чечному яаблону на плоскости X , £?* (рис. 3).

у ЧэткрехтсчечкиЯ иаблзк

I

г S ч

йЧ

4 .

е.

Р/.с. 3

Из дискретных уравнении двагення следует система уравнений относительно гидравлических параметров в точке

ГтгАинЛ-с 1ГЬ Л' и

где 1Т. £1 , Л - гидравлические параметрц в тсчко "

Т±> 7г» « С - функции от^зй?., & ^ гидравлических параметров в

точках !, 2, 3 л /О»), /(О - означает значение /(^О-при £ соответствующем точке Ч; - означает значение <)/ ) при Я соответствующей точке

.Репейке получанной снстеии сводится -крезони» следующего кубического приведенного уравнения относительно глубины потока," &

Р* А : ' 27'& : ~ С

Определив искомый корень кубического, уравнения п определяется л . остальные гидравлические параметры в точка 4 по формулам:

Для однозначного решения кубического урашекия-необходимо, чтобы его дискриминант. " равнялся" нули. Из усл93;м^ ® О опре деляется значение " С", причем Са т.е. устанавливается езяаъ мекду :

/С4)

и Таким образом в системе

уравнений относительно,хадравличбскях параизтров в точко"^" ико-отся ксего один липкий параиетр ^С'}) яхя ¿.(.4,1),который определяется иа условия. что ш оск окмматрка потока угол ¿С е 0« Счот Еэд^тса по вертикальная полосам озона каярщзо и г.а огекеитарицм прямоугогышм тсоитурам сверху .з!из (рис, 3). *,/ •*■;- :.. , В-случае разбивки Лорьой воргл'квльноа г.олоси ка два злэиел-тарнах контура <5ало -^заработала.. рабочее .'орэгр^акв; ¿даго1«®» на ЗВ1. '^алим^бразэя 'бал, полупи -лвгоригк * помогав -.*о'го>»го .»а?иоу .з<* ¿а-

залсь граничными условиями на выходе потока из трубы (различными фермами распределения эпир скоростей и глубин) получить геометрия растекания потока и гидравлические параметры внутри него.

Счет по программе, составленной на базе предложенного метода ракета гидравлических параметров планового потока, показывает что • в случае равномерного потока в выходной сечении сооружения графики для расчета геометрически;! рггиеров зона свободного рзотзкания, построенные по предполагайся мэтодяко я по методик.!? Я,А.Изрэикого, достаточно хорозо совпадает, только крнзая по лрэдлэгазиоЯ иэтог.н-

проходит «еохольге деззе Спдагг схинаотся), что подтвэраазтея зкепгркмзитальяыия исследованиями.

2_if.i5.i2t2.5_i.-H52 сформулирована к рвяэаа задача госегаяо-злвяйя зперы скоростей к ояяри глубин з выходном езчвнии трубы по дек:«« зяспзриизата. При атоя пользовались уравнениями ьиводзййыия з трзт^зя глава. Регзккз эхаЯ задача'. гоззг<шет по данным зкевйряиэ»-та зсесгаязгать опэри рзспрйшейия гдубй» я. скоростей в захадис« сечзтш труби (р-'.а. 4), -

.Расчетная схоиа г зздзчэ зоссталозления опар скоростбз я гя/бкз в выходке« бвчэиаи труби

Ряс. Л .

к» <

д), ¿а,г).

:;.'Данные-

ОлрздедявУвэ. величай»? 1Г(&0>£

^(оЖШд>,

2Г(о,2). Ась.г).

Одяв из примеров расчета. •

Дх- 0,1 г; /(0) - 0,047 и; /(I) = 0,035 к; ¿41,1) = 0,49 рад.; ¿а,Н) - 1,072 рад.; гГ(1,о) - 1,64 м/с; ^(1,0) * 0,091 и; 7/(1,1) = 1,Ь м/с; ^(1,1) = 0,053 к. '

Яод./чоп.ше величины: 15'Си.О) «= 1,59 м/с; £(С,0) - 0,0с м; яГ(оД) = 1,59 м/с; ^(0,1> = 0,1 ч; 1Г(0,2) - 1,52 м/с; /£(0,2) •= 0,124 к. '

На основании результатов полученных из рзаения задачи восста-нсг.ло::пя опири сксростзп к зпвры глубин г. выходном сечет;;! трубы по данном экспериментов предложен следупзиЛ метод задания граничных условия т:а выходе потока из круглой'трубы:

- г.о формуле (I) кетбоходнмо определить эквивалентную сирину потока ¿л ч/• выхода 1?з. кругло^ трубц;

- оперу скоростей по сирине потока Ьх. положить равномерной со значением скорости: 'У"о = &) СОкр ;

где О. - объемны!'; расход потока; '. _ •

С£*р.- площадь живого сечения потока на выходе из круглой трубы.

Зпору глубин по чирике потока выбрать -линейно возраставшей от ко на оси симметрии потока доу края ширины . При-атом кс - действительная глубина потока на зыходо из круглой трубы; определяется'и» уравнения неразрывности потока по формуле: -%1>Охр.1&: - ¡и ,

Сравнение* расчетных и-опытных.характеристик свободнораетекаю-пегося планового потока при таком методе выбора граничных условий в краевой задача свободного растекания потока дает погрешность ко лрззхзааяув 10.% пак по .гидравлическим параметрам, так и по г-оокет-.рии -потока в широком диапазоне чисел груда ст I до 20.

Далее в четвертой главе приводится пример сопоставления рас-' . четных к опытных характеристик потока для. исходных данных'(рис. 5), (табл. I): ¿2 » 0»015 Яа=.0,03 н; (I0,15 «.

Сравнение опытных и расчотних результатов на участко

растекания 2

О <0 &о НО 40

I - расчетная крайняя линия тока; 2 - опытная крайняя линия тока.

Рис. 5

Таблица I

Таблица распределения глубин н скоростей потока по оси симметрии

X Сем) б ю ! 1б 18 20 26 Т 30 | ад I 50

Пр. Сем) 11,57 э,и 7,7*1 7,И 7,24 б,7'| 6,0915,6714,76]"'+, 25

ксп. Ссм5 11,5 9 7,6 \ 7,4 7,3 б,б 6,0 [5,6 Ь,3

17р. Сем) 1,367 1,776)1,637 1,697 1,735

1Лп. Сем) 1Л" и" 1,69 1,7 Т.ЩгУгЪ.ЪКчЪ

кр,- расчетная глубина; 1?р. - расчетная скорость; 1\сп.~ опытная глубина; - опытная скорость.

3 пято-а^глаза была с^ормулнротнз и решена краевая задача точэ-гля бурного планового,стационарного потока от створа полного расто-сания до точки схода линий г.осих гидравлических прыакоя. Для описа-гия про;;зсса тэчзнйя погоя-а использовалась система плановых урагшо-!ий в интегральной рормз лрнгедешт в тр-зтьв»! глава диссертации, 1 такгл следупцая система ди>£эрэ!щпаль!шх уравнений, справедливая ; области непрерывности парамэтроп потом:

и ЗЖ VI!

/гЯад«£ к о 7 Гс о 7

к ч/сыЛ о ; Лг-\ о миЛ к /;

[ О о VC0i¿J [ о м'иЦ

[ о №1} [-¿Щ-^кпЩ 1Ч

В створе полного растекания-задавались параизтры ¿Г, ^ , ^ по ширине потока. Угол полагался равным нулю виоль боковых стекок русла к па оси симметрии потока. Репзние краевой задачи поясним ;;а примере разбиения потока на четыре горизонтальные полосы (рис. б) и случая 2е » О; А " 0 (для простоты).

Расчетная ехзка к резонна задачи схода косых прыаков

О.Ч о.ъ 0.1 ОА Ofi

¿II J 1 _í i. X-Í.J—L. и,., f- 1 ,/_ ', г ! f t t /

« i, i

а 3.1

и t.0 Xfl -~ifA

АХ«У'С лх(г) ¿xCS)

е. -1

£ т

Рис. б

?П--.рг:вличззг..1е параметры в точке'(1,3) опрэдзлии по йятерфм-ческой форме, получабноП «s дифференциального уравнения движения:'

fd, з) = fío. ъ) * к с%2) /);'(о,ъ) з)~ fte zJ]Jj

_ , fmV 7

где ¡ ftt-y-lhU.i)]

Лад. поиска.шага "АХ" пзрзой веогикаланой полос«..потока ¡воо-полъзузкея .ойстзиоа "урззязняЗ,; пглумазкой чз.ип'^гракьного уравнения .«гикзнчя: • ¡Я .';■ -.'-,."-'■' '.'■-'.

v4»X* fébdl * к r¿;

19 / Ллн в виде: кс,-. ?г= аг-Aet; Тз =

где л-даЛз^^;

ai = sjj с^'^туинЧе.ъ) tfho.m.

Обозначим гидравлические параметра в точка I, 3 после прыжка позродством

(1,3), /"(1,3). Тогда, так как за прыжком ¿"(1,3) = 0, б/дот справедлива система:

В подученной системе три неизвестных if (l,3), h (l,3), ^.

Для определения " ^ " и следовательно шага "лес" справедлиго усло-

вие:

2 Гз • A" ~я с

наименьший пололтельныЯ корень делим я гидравлические параметра ^ (l,3), А (1,3) по формулам;

I *

Определив наименьший пололтельныЯ корень этого уравнения г< , опре-

/

Посла отого определенна гидравлических параметров вдоль правой стороны первой вертикальной полосы потока не представляет трудностей» Аналогично расчитываются и послзяувгяо полоса потока,

Б конце пятой главы приведен пример сопоставления расчетных результатов по данному методу й методу Б.Т.-Змцзяа при одинаковая граничных условиях. Это сопоставление показывает, что относительная погрепность расчитанных по данному методу характеристик потока не прзвзаает 2 . . .

Итак разработан-.алгоритм расчета планового потока от створа полного, растокаяия. потока до .точки охода линия косых гидравлических прайсов» По этому методу была разработана рабочая программа для счета на ЗШ,. позволявшая автоматизировать процесс расчета характеристик потока. Математическое моделирование растекания потока о?

го

круглой выходной трубы и до точки схода линия косых гидравпичоскх.х прыгков показывает, что коэффициент неравномерности потока по гидравлическим параметрам, по сечэнис потока, может достигать 2+2,5.

В асeiой главе в качества возможного примера использования расчитанных гидравлических параметров была сформулирована и рззона задача определения оптимальных по стоимости габаритов крепления выходного участка дороккого водоотвода. За основу била выбрана схема крепления выходного участка с вертикальным уступок,'как наиболее простая и технологичная, дополненная боковыми стенками, предоткра-саоаимк русло от сбойного течения и бокового размыва. По результатом расчета был сделан вывод:

- оптимальные размеры габаритов крепления, обеспечивасщие ми-нимольнув стоимость материалов крапления, получается при относительном расширении руслаJ3 = 3 - 4 при обрыве крепления в среднем створе мг'хду створок полного растекания потека и точкой схода лини" косых гидравлических прыжков.

В приложениях к',работе даны листинги тексте программ расчета плановых потоков я распечатки результатов счета по этим программам.

.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

-1.-Разработан нова?, мэ^од расчета пликозого свсбоднорастекав'лз-гося бурного потока за круглыми трубами, эзкздчаввдКсп э сездоии;: резания соответствующей краевой задачи к реилняв системы тригона:о-тричеекпх уравнений и учитывавший .неравномерность распределения гидравлических параметров в граничных условиях.

. . Посредством предложенного .метода нокко точное, по сравнении с известными. методами расчета, рас читать плановой поток за круглыми трубами. Яри этой рассогласования мапду .расч'лвынч и действительными характпристиками пэтоха но прэвзоядут Iü i- как по гидравлическим параметрам, .так и' по..гоомзтрак .растекания потоца, в.то зАркя как

расчет потока по рак"'3 существовавшим методикам давал рассогласования до 100

Для разработки данного метода была выведена новая' £ормз урав-чониЧ лвнхзняя планового потока, в параметрах ТГ, к . Л (моду та зек-тора скорости, глубина потока в точке, угол га^ду направлением вектора скорости жидкоЛ чазти-ди ч продольной осы» а/"четрач потока) которая очень удобна для исследований.

2. Предложена га к* в и методика расчета плановых пото?:ов за круглыми тр/бамн, базирующаяся на попользован-!'! универсального графика 'I. :\.Пзрзикзза, но она дает относатэдьнул погрешность характеристик потока до 15 % и предполагает лиаь частичное использование ЗЕМ.

При этом ваннуп роль з разработке методики имэзт выведенная Формула для эквивалентной сирины потока 1>г . План течения потока построенный по данному методу оказывается сжатым по сравнению с планом течения по извейтныи методам я приближается к доЯствитэдьно-му.

В результате такого сжатия угол набегания храЯчлЛ струя потока на стенку можзт превысить ранее известны»! теоретический в 60 градусов. Поэтому для определения угле, моиду направленном Виктора скорости я фронтом косого прыжка ухе нельзя пользоваться известными номограммами Б.Т.Емцеза. В работе показано, что тангес угла мз::<-ду направлением вектора скорости я Фронтом косого прыжка можно определить из алгебраического уравнения пятой степени или упрощенного квадратного.

3. Использование критерия разграничения русел на относительно узкие и зярокио позволило уточнить рамки использования разработанной методик» расчета плановых потоков:

- рзяпгг ЙЬкапоринЯ или полу напорный;

- относительное распирение нижнего бьефа меньсе лредэльного:

С| 1

, Л. А*

- диапазон -чисел Фруда на выходе потока из трубы I + 20.

Б качестве нерЕрго приближения в граничных условиях на вы ходе потони иг круглой трубы ложно положить:

- зпюру скоростзй - равномерно;»;

- впсру глубин динеЯнэ-возрастав*;еЯ от оси трубч к краям.

5. В потоках за круглое трубо': коэффициент неравномерности

ютока пс его параметрам могет достигать 2 + 2,5.

Опт.шальные размеры разр^ботснчо" конструкции креплекчч, обеспзчивагсич ее. «».книмальиув стойкость, .получается при стноо;:?ел чом ръгтирнйн чнхиего бье^а В пр^~;лах уЗ « 3 -: 4 пр:-. о5рывз хрч леккя в среднем створе между створом полного растекания и точкой схода лики;? косых гидравлических грядке?.

Уиэч'^зэниэ возможного размыва отводяаэго русла при этом зиач тяльно устраняет возможность оврогообразовакия за водопропускным« трубами, что позволяет дот!ол'>'.:-!':-ъпо бусвог'од^ть земли для се.-.ьс-кохояяйстье^иого псл'.пораьия.

Основные пэлслсзния диссертации опубликованы в следусичх рабо

т*- у *

I. Расчет планового свободнораст^касьегэся потока за трубчатыми водосбросами круглого оечеы'-'я // '.'чфорчационный листок 3 594 -бБ-Ростов-на-Лспут ЦЯТЯ, 19?8. -2с.

2„ Прогноз эрозии грунта но участке сводного растекания по тока за водопропускными ссорухэнияю //' Ин$сркаииом»шВ листок Л 538-^8-Росто1-нэ-До1!у: ЦНГй, 1988. -¡«с. (В соавторстве).

3. Влияние нзравнэмерности потока в выходном сечении на харе ^в!^ свободного растокаккя в нижнем бье{« // Гидравлика и гидротах лика. - Ки?я, 1965. - 2ып. (Б соавторство).

" ' Ямслекяый метод ра:чэта .линии козы* гадраая.-юоких прыжг.с в ¿адоте • свободного растакания .бурного потока // Изгзотяя 0;',.ве;>с>-Тлвказалоге научного центра вцоие?. ¡¡»коды, С-грпя "Техкичзс«.че -^Но1}счеркАСок, .-1569,-Ваи»! А.-С. 36-М. (В соавторстве).