автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Гидравлические характеристики водослива с широким порогом на оросительной сети

РТБ

ОД

ДЕ'А -

На правах рукописи

Аддис Хайлемикаэль Гинаво

Гидравлические характеристики водослива с широкимпорогом на оросительной сети.

05.23,16 - гидравлика и инжерная гидрология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1996

Работа выполнена на кафедре гидравлики и гидротехнических сооружений инженерного факультета Российскою Университет дружбы народов

НаучнмП руководитель:

доктор технических наук, профессор Е.К.Рабкоьа

Официальные оппоненты:

доктор |ех1111чсских наук, профессор Д.В.ШтиренлИлГ, кандидат технических наук, ст.научн.сотр. Ю.Л.Пейч

Ведущая организация: " »

ИКК Сопинтерпод

Зашита диссертации состоится 1996 г.

в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета К 053.22.21 d Российском Университете дружбы народов но адресу: 117223, ГСП-1, Москва, ул.Орджоннкидзе, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российскою Университет дружбы народов но адресу: 117923, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6.

Автореферат разослан " ^ " 996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Постановка вопроси и актуальность исследований. Для развития народного хозяйства в странах мира гидротехническое строительство! играет одну из ключевых ролей при использовании водных ресурсов для выработки дешевой электроэнергии и развития орошаемого земледелия.

•Последнее особенно важно в связи с тем, что по климатическим условиям п 120 странах мира невозможно развитие сельскохозяйственного производства без орошсиия. По данным ООП (1996 г.) в мире 216 млн, человек живут в условиях близких к нищете; в 58 странах экономическое состояние ухудшились в связи с росюм населения..

Необходимость в развитии гидротехнического строительства в настоящее время особенно я, .со проявляется в таких странах, как Эфиопия.

Эфиопия является одной из богатых стран Африки по гндро-ресурсу (второе место после Заира). Тем не менее, до недавнего времени показатель использования водного ресурса страны, п частности, для целей орошения оставался на очень низком уровне, что привело страну к необходимости в с;:сегадно!1 продовольственной помощи развитых стран.

Последние 1-оды в Эфиопии видны тенденции к увеличению использования водных ресурсов страны как для гидроэнергетики, так и для орошения.

При проектировании оросительных систем для регулирования уровней и расходов воды в каналах самыми распространенными гидротехническим сооружениями на штх являются водосливы с широким порогом, которые работают в виде во^овыпусков-регуляторов, водомеров и сопрягающих сооружений.

Водосливы с широким порогом с прямым входным ребром являются достаточно простыми по конструкции, что очень важно при их проектировании в виде массовых сооружений на мелиоративной сети.

Несмотря на то, что изучение водослива с широким порогом началось з первой половине прошлого столетия теория движения воды через водослив с широким порогом, даже з простейшем случае плоской задачи до сих Пор не выяснена в достаточной мере. Имеющиеся в литературе зависимости, необходимые для гидравлических расчетов, неоднозначны и часто противоречивы. Эга проблема еще Солее осложняется,' когда движение воды через водослив необходимо рассматривать как пространственную задачу, то с^гь при наличии боковых еучееиий потока при

входе на водослив. Fine менее удовлетворительно обстоят дела с изучением движения 'воды мер ") водослив с широким .порогом с боковым сжатием потока в условиях затопления со стороны нижнего бъефа.

С другой стороны, пеемшри паю, чю в нракжческом отношении наибольшее значение имеют . здосливы с низким порогом Р/П<0,5, эти типы водослива изучены нсдостаючно широко. Огмсчвя важность этих тшю1> иодоелниов, ряд исследователей подчеркнули необходимость глубокого их изучения. Ток проф. БерезиискиЙ отмечал, что необходима постановка опытов с целью изучения таких вопросов, как пропускная способность водослива малой высоты порога (Р/Н<0,5), пропускная способность водослива с устоями и бычками

В настоящей время Необходимо обрати, внимание не только на научный аспект движения потока через водослив, нон на более широкий взгляд этого процесса с охватом всех факторов, влияющих на работ)' сооружения, кик в условиях их отдельного влияния так и при взаимном воздействии на пропускную способность водосливов с широким порогом. Необходимость в гаком подходе исследований диктуется требованиями практики при проектировании сооружений на мелиоративной сети для обеспечения их пропускной способности при работе в различных эшмушационпых условиях. Эгими обашмелылиамн определялась актуальность темы диссертационной работы.

Цель работы. Целью диссертационной работы является:

а) Изучение существующих теоретических методов tío расчету пропускной способности (коэффициентов расхода) водосливов с широким порогом.

б) Анализ выполненных ранее исследователями экспериментов по изучению гидравлических характеристик потока на водосливе с широким порогом. ' "

в) Исследование фаеторов, определяющих пропускную, способность водослива с широким порогом при различных гидравлических условиях их работы.

г) Разработка рекомендаций пч оценке гидравлических характеристик и расчету пропускной способности додосливов с широким порогом в зависимости от возможных реальных условий воздействия различных факторов иа пропускную способность.'

Основные задачи исследования определились необходимостью решения поставленной цели.

1) Выполнить экспериментальные исследования но пропускной способности водослива с широким поротом и условиях плоской задачи; установить для этого случая основную расчетную зависимость для коэффициента расхода и его изменения при различной относительной высоте порога (условия вертикального сжатия потока).

■ 2} Провести серии опытов при различных условиях подхода потока на водослив и числа отверстий (числа бычков) для оценки роли бокового (горизонтального) сжатия з значении гидравлических характеристик потока и основной расчетной зависимости-коэффициента расхода.

3) Экспериментально установить расчетную зависимость для коэффициента расхода при совместном воздействии на условия протекания потока через водослив вертикального и горизонтального сжатий.

4) Провести опыты и установить на их основе факторы, влияющие на условия подтопления, и в зависимости от различных факторов значения коэффициентов подтопления.

5) Выполнить анализ результатов сопоставления теоретических и экспериментальных данных, имеющихся в современной литературе, с данными экспериментов автора.

6) На основе полуденных автором результатов экспериментов и данных литературных источников разработать зависимости для определения гидравлических характеристик и пропускной способности водосливов с широким порогом с учетом влияния различных факторов в целях практического использования при проектировании аналогичных сооружений на мелиоративных системах.

Научная новизна работы. В диссертации впервые проведены . обобщающие эксперимен^тльные исследования по оценке пропускной ;пособностн водосливов с широким порогом с учетом влияння как угдельных, так и при совокупности воздействия различных факторов. Лолучены новые расчетные зависимости для коэффициента расхода, соэффицнентов сжатия и подтопления с учетом различных факторов, «лияющих на условия протекания потока. Предложена новая зависи-юсть для установления подтопленного истечения через водослив. С (спользованием данных экспериментов установлена степень достовер-юсти некоторых теоретических методов расчета и аналитических зави-

з

симостей, имеющихся п литературе. В частности было показано, что зависимости, разработанные исследователями в условиях плоской задачи, не могут быть использованы в условиях различной формы подводящего русла и высоты порош и при наличии нескольких отверстий входа на ьодослиз.

Достоверность результатов экспериментальных исследований и рекомендуемых расчетных зависимостей обуславливается значительным объемом полученных экспериментальных данных (проведено 433 опыта) для различных условий работы водослива с широким порогом, а также сопоставлением с экспериментальными данными Кумина Д.И. с отклонением ог +1,3% до -2,7% и расчетными зависимостями Смыслова D.D. с отклонениями от -1,8%до +3,8% для опытов о плоской задаче водослива. Достоверность так же подтверждается использованием современной измерительной аппаратуры с высокой точностью измерения изучаемых гидравлических характеристик (до 3,6%).

Практическая ценность работы Ii результатов исследования за' клгочается в том, что полученные зависимости впервые дают возможность с высокой достоверностью определить значения «идранлическнх характеристик и коэффициентов, определяющих пропускную способность водосливов с широким порогом. При их проектировании с учетом различных факторов, практически влияющих на процесс протекания потока в реальных условиях проектирования и эксплуатации этих сооружений на мелиоративной сети. Полученные данные имеют особую практическую ценность для Эфиопии в связи с развитием в стране вопросов по использованию водных ресурсов для орошения.

Апробация работы. Результаты экспериментальных исследований диссертационной работы докладывались im XXX и XXXI конференциях профессорско-преподавательского состава инженерного факультета РУДН (Москва 1994 г., 1995 г.).

Публикация. По теме диссертационной работ опубликовано две статьи.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, насчитывающею 82

наименования, п том числе 17 иностранных авторов. Работа изложена на /T'Y страницах машинописного текста, в том число 17 таблиц, 55 рисунков и 4 фотографии. В конце диссертации имеется приложение на ff страницах, в котором имекяся опытные данные авюра по всем сериям опытов.

СОДЕРЖАНИЕ РАКОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, ее ос-нопная цель и задачи исследования, изложена научная новизна и практическая ценность работы, дана информация об объеме работы.

В первой главе отмечены широкое применение водослива с широким порогом в практике гидротехнического строигельства, в частности на мелиоративной сети. В связи с этим подчеркивается важность четкого представления о водосливе с широким чорогом. Приводится обзор литературы по вопросу, связанному с термином "водослив с широким порогом" и теми характеристиками, которые обуславливают гидравлический режим движения потока на пороге водослива. В этой связи .рассмотрены работы Павловского H.H., Смыслова В.В., Березинского' А.Р., Швирца А.И., Сухомела Г.И., Вильсона Э.Х, Боса М.Г., Рядовой З.И. н др., в результате выявлены основные факторы, влияющие на пределы применения понятия "водослива с широким порогом"

Отмечается, что кривая свободной поверхности на пороге водослива выражает влияние различных факторов на работу водослива с широким порогом. При том форма свободной поверхности зависит от ширины порога S, геометрической конфигурации входа на водослив (кромки порога и боковых стенок), степени стеснения потока при входе на водослив н шероховатости порога и боковых стенок водослива. Выясняется, что плавноизменяющееся движение на пороге водослива появляется при относительной ширине порога S/H=4-r5,5 до 8-г13 в зависимости от условий входа потока на водослив и степени шероховатости »

Другой отличительной чертой водослива с широким порогом явля-зтея то, что при прочих равных условиях отсутствует заметное влияние этносительной ширины порога S/H на пропускную способность. Извест-ю, что при одинаковых формах входной части, относительной высоты торога P/1I, шероховатости порога и т.д. водослив с отношением 5/Н=2-гЗ имеет практически такой же коэффициент расхода, как и

J

водослив с S/lI=4-rlO. Поскольку п гидравлическом расчете наиболее важной характеристикой является коэффициент расхода, было установлено, что водосливы могут рассчитываться но схеме водослива с широким порогом при описи тельной ширине порога от S/H-2...3 до S/IM0...13 (S - ширина порога водослива), в зависимости от формы входной кромки, степени бокового стеснения потока на подходе к порогу и непосредственно па пороге водослива.

По второй главе рассматриваются изложенные в мировой литературе теоретические и экспериментальные работы по водосливу с широким порогом. Отмечается, что в исследовании работы водослива с широким поротом были использованы различные теории и гидравлические законы, постулаты, принципы и уравнения. К ним относятся: принцип наибольшего расхода, принцип остановившейся волны перемещения, принцип энергетической предпосылки, закон изменения количества движения, уравнения Пернувши, метод "давление-количество движения", закон сохранения шергии, уравнение прыжка волны, постулат минимума удельной энергии сечения, уравнения энергии и нераз-' рывности, теория пограничного слоя, ураинснис неравномерною медлс-ноизменяющсгося движения, принцип "негидростшичности" давлений.

Рассмотрены работы Беланжс, Буссинеска, Бахметева Б.А., Базена, Евневича И.А., Павловского H.H.. Шварца А.И., Абрамова М.З., Айвазь-яна В.Г., Чертоусова М.Д., Кумина Д.Н., Угинчуса A.A., Муранова B.C., Коберника С.Г.,Пикалова Ф.И., Березинскош А.Р., Смыслова В.В., Сухомела Г.И., Розовского И.Л., Дидковского М.М., Синицына Н.В., Кмселова П.Т., Замарина Е.А., Ма.медова U.M., Атроскина И.И., Чугаева P.P., Дсрингсфельда и Баркера ¡СЛ . Харисона АДж.М., Холла Г.-В., Эш-ела Ф.В.А., Боеа.М.Г., Вильсона Э.А. и рада других. Отечиегси, чт такой значительный интерес исследователей к данному вопросу говорит не только- о .распространенности водослива с широким порогом на практике гидротехнического строительства, по и о сложности гидравлического явления истечения через этот водослив. При этом-большинство из работ посвящены незатопленному подослипу без боковых сжатий потока при входе на водосливы и на пороге водослива, то есть при условгн плоской постановки задачи исследования.

По сравнению с рабиюй водослива в плоских условиях, водосливы, имеющие боковые сжатия еще более сложны для теоретического

описания та работ. Поэтому водосливы с широким порогом, работаю-&

щие п пространственной постановке палачи, теоретически изучены очень мало. В частности, подчеркиваются работы Чертоусова М.Д. (закон изменения количество движения и уравнение Берпулли), и Смыслова В.В. (уравнения анергии и псразрыиносш), где авторы учет бокового сжатия рассматривают в общем решении вопроса о водосливе с широким порогом. Практически все предложения для иезатоплсиного и' затопленного без бокового сжатия и с боковым сжатием подвергались сомнению и той пли иной взаимной критике. Были рассмотрены также экспериментальные работы Кумииа Д.И. (19.4V)-40гг.) и Верегшнекого А.Р. (1948-50 гг.), в которых коэффициент расхода водослива с широким порогом определялся в зависимости от высоты порога и сжатия потока при входе на водослив для одноиролешого водослива. Отмечается, что главный и очень важный результат более чем 150-летннх теоретических и экспериментальных исследований заключается в том, что определилось то многообразие факторов, которое влияет на пропускную способность водослива с широким порогом. Однако до сих пор, как в теоретических, так и в экспериментальных исследованиях не раскрыто влияние некоторых из этих фаюоров, особенно в условиях их совместного взаимодействия.

В заключении рассмотрения состояния вопроса о водосливе с широким порогом сформулированы основные цели и задачи исследования, приведенные выше в общей характеристике работы.

В третьей главе представлены описание экспериментальной установки, измерительных приборов, условия проведения опытов, задачи и состав лабораторных исследований, методика проведения опытов, условия моделирований и точности измерений.

Экспериментальные исследования выполнялись в гидраьлической лаборатории РУДП. Модель изучаемого сооружения была установлена в русловом лотке длиной 22 м, шириной 1,40 м и высотой 0,45 м. В лотке опытный -участок составлял 6,0 м. Все модели водослива имели незакругленную входную кромку. Исследованы однопролетный водослив с шириной отверстия Ь=0,3б м, двухпролетный водослив с шириной каждого отверстия Ь=0,15 м и грехпролгтиый с шириной каждого отверстия Ь=0,093. Подводящий канал имел поперечное сечение прямоугольной и трапециодальной формы с шириной по дну Ьк-0,36, 0,54, 0,72 м. При этом, сопряжение канала с водосливным отверстием производилось

с использованием косой стенки с углами расположения 0=90°, <45°, 26''. 0°. Схема модели водослива показана на рис. I.

На основе поставленной в работе цели исследования сформулиро» . вины задачи лабораторных опытов, для решения ко юрой было выполнено 433 опыта. ,

В зависимости от условий работы водослива под воздействие^ различных факторов, влияющих на гидравлические характеристики» опьпы объединены в 10 серий.

При проведении опытов изменялись следующие относительные параметры: высоты порога Р/Н (отО до 3), ширины водосливного отверстия b/Вк. (от 0,387 до 1,0), ширины порога S/H (от 3 до 10,12). Опыты проводились при расходах воды Qm (от 6,39 до 57,0 л'с) и напорах Им (от 0,06 до 0,20 м).

Отмечается, что в исследовании особое внимание уделено водосливам с широким порогом малой в'ысоты порога (S/1M),5), как наиболее часто встречающихся на мелиоративных системах и дорожных сооружениях.

Останавливаясь на условиях моделирования, говорится о том, что ' при моделировании водослива с широким порогом применяются критерии |равигациошю1о подобия по числу Фруда (FrM<l,0) и подобия сил сопротивления по критерию Рсннольдса (ReM'Reki>). Отмечается, что модельные потоки с принятыми напорами и расходами характеризуются по числу Fr=0,015...0,433, по числу Re=(20...130) 10\ Что говорит о возможном переносе результатов экспериментов на натуру.

Точность измеренньтх па модели характеристик: напора 0,21...0,б7°/о, глубин 0,03...0,06%, ширин отверстия 0,14... 1,61%, скорости потока 2,05...4,03%, расходов 0,28....0,96°о, числа Рсйнольдса 1,76...3,92%, коэффициент расхода, боковою сжатия и подтплення

0,76...3,58%.

В четвертой главе даются результаты экспериментальных исследований. Изучены изменения кинематической структуры иокжа на' пороге водослива путем наблюдения за поведением поверхностных струек потока с помощью поплавков и измерения местных осреднепиых скоростей в точках по глубине в разных сечениях ¡ю длине nopoia водос.пша, шшлизир)» результаты коюрыч деланней c.ie,i\юшис ныио-ды: 1) после обтекания потоком боковых \сюен 1Л\бииа па порюте водослива изменяется не только по направлению потока, но ti в поперсч-

нам сечсиин потока; 2) с увеличением высоты порога (IYH) глубины Ii поперечном сечешш выравниваются, что показывает на уменьшение влияния на сжатие потока боковых устоев с увеличением Р/Н; 3) для незагопленного водослива влияние боковою сжатия устоями выражается в резком изменении ширины и глубины потока' по ширине отверстия непосредственно на входе; 4) для затопленного водослива влияние' бокового сжатия устоями выражается образованием вблизи боковых стенок зоны, в которой поток имеет практически нулевую скорость, а с увеличением Р/Н наблюдается незначительное увеличение скорости; 5) при- затоплении водослива со стороны НБ из-за увеличения высоты подтопления Д в НБ глубина на пороге увеличивается и начинает выравниваться как но длине, гак и но поперечному сечению потока.

Анализируя встречающиеся в литературе формулы для водослива с широким порогом, было принято в качестве основной формула в виде: 0 = П10ИЦЬ figllf*, (1)

где Шобщ - общий коэффициент расхода, учитывающий роль факторов, влияющих на пропускную способность водослипа (вертикальное и горизонтальное сжатие и подтопление со стороны НБ).

Шобщ можно выразить в виде: ш^щ = nipC^a,,, (2) где тр - коэффициент расхода, учитывающий влияние только высоты порога, тр^ДР/П); е0б0б - обобщенный коэффициент бокового сжатия, учитывающий влияния сжатий потока, обусловленных боковыми стен- . ками (устоями) и центральными бычками, E0<306=f1(P/H, b/Вк, ctg©, n); п -. число сжатий потока n=2N, где N - число центральных бычков, о„ -коэффициент подтопления, CT„=f2(/VHo)-

В формуле (1) полный напор Ho=H+ocoVo2/2g. Непосредственные опытные определения коэффициента кинетической энергии щ подтвердили, что oto практически близко к единице. Поэтому в расчетих принимался ао=1,0. Обращается внимание на то, что влияние „скоростного напора ctoVo2/2g на полный напор Но очень велико для водосливов с малой высотой порога (Р/Н<0,5). С увеличением Р/Н значение скоростного напора резко падает.

Анализ результатов экспериментальных исследовании, подтвердил, что при работе водослива с широким порогом п плоской постановке задачи общий коэффициент расхода т0<-1Ц зависит только от величины относительной высоты порога P/II, (гп0ащ= mP^I(P/TÍ)). Опыты показали (см. график на рис.2), что при малой высоте порога Р/Н до 0,02 влияние Р/Н на nip небольшое, но при увеличении высоты порога его влияние на

значение mP уменьшается до «»0,34, сохраняясь и при Р/Н>2,5...3,0; таким образом сопротивление порога на величину коэффициента расхода остается неизменным.

Для получения аналитической зависимости nip- ДР/Н) с использованием программ по определению аппроксимирующих зависимостей методом регрессионного анализа были рассмотрены 10 функций, из которых выделены две, которые дают максимальные значения (при Р=0), т,»)-0,403 и П1Р2=0,377.

Однако, начиная от Беланже, многие ученые как Бахметеп H.A., Буссинеск, Чертоусов М.Д. и др., используя различные теории, показали, что максимально возможное значение коэффициента расхода то6щ~0,385; учитывая это обетоягсльаво, нами была получена зависимость в виде:

ш t = и,jus--Fdl_ , . (-1)

9,8 + 18,95

Рассматривая влияние боковых сжатий на общий коэффициент расхода, отмечается, что при обкканин потоком боковых ciciiok возникают центробежные силы, действующие » горизонтальной плоскости, которые вызывают неравномерное распределение глубин поперек потока. Под воздействием этих сил возникает явление горизонтального сжатия, что приводит к уменьшению действующего живого сечения и несколько снижает пропускную способность.

Опыты показали, что при пропуске поды через водослив, имеющий как боковые устои, так и центральные бычки, влияние этих двух условий отличаю)ся друг от друга. Сжато /иноки за сча ус kick значительно больше, чем при обтекании бычков. Поэюму опыты проводились таким образом, чтобы оценить только влияние бычков (оньмы серии 2 и 3),.только влияние устоев (опыты серии 4, 5 и 6} и еовмеспюс влияние бычков и устоев (опыты серии 7 и 8). При ном допускалось, по значение коэффициента расхода, учитывающего только кыилу порога в этих опытах, соответствует значению nip в опытах без боковых сжа]ий потока.

Подчеркиваем»!, чю особеннойыо водослива с широким порогом с малой высотой порога является то, чю вне зависимой и от значения b В^, с g0 и п наибольшее сжатие наблюдается при нулевом норки с. С лвелнчение.м относительной высош порея а влияние б'тчков или устоев на сжатие потока заметно учсныпаскя

Имея п виду, 'по обобщенный коэффициент бокового сжатия собоС>=1з(СбСус:т). где Сд и сусг - коэффициенты Гхжовою сжашя соотетст-ненно бычка и устоя, 01мечпе|ся, что г,д 1(1''Н, п), а Сус1 f|(P/H, Ь/Вк, ctgC-)), при 41 ом, практически высот порот на величину В5 uepeciaei влия1ь при IVII>2,0, а на сусТ при Р/И>0,5...0.7 (см. рис.3 и 4). .

Результаты опытон серий 7 и 8 покатали, что обобщенный коэффициент сжатия, определенный но зависимое ш п0С-Х1д ni|>, заметно бол1.ше, чем соотекчвующее значение обобщенною коэ<|х|>ициенга, полученного умножением двух коэффициентов сжатия (г.«,г.уСТ), что иллюстрируется на рнс.б для опытов при & V0" и 0,5.

Изучая результаты опытов по исследованию условия затопляемо* сти и влияние коэффиг :eina подтопления па общий коэффициент расхода, отмечается, чю критерий затопления, оцениваемый значением относительной граничной высотой подтопления. (Л/'llo),-,,, зависит от условий входа (Р/Н, Ь-'Вк. ctg(~), п) и условий выхода (f.„ !ib/QnbwAb/Q]ffi) потока с водослива, где с„ • степень расширения потока, при выходе с водослива, Сщ; - площадь живою сечения поюка в lili, Л • высота подтопления. При пом, выражая условия входа через общий коэффициент расхода т„см по данным опытных значений, получена зависимость для (Л/1 !(|)гр в виде:

(нДт = м},""^!5 • (4)

где а, Ь, с - параметры определяются поданным табл.! в зависимости от общего коэффициент расхода т0вщ в неэатогсленном режиме работы водослива.

Табл.1

ПТоНЦ

1 S0.33C 0,340 0,350 0,360 0,375

а 2,5-1 2,35 2.11 1,80 1,35

b 3.04 2,82 2.57 2,16 1,63

с 2.04 2.0 1.96 1.87 1.77

Опьны показали, что коэффициент подтопления о„ кроме отиоси-1слыюй высчны нодюнлепия /Vilo, зинисИi шкже oí условий входа и выхода поюка с водослива (см. рис.5), то есть on-li.VHo, С„, т0цш)-

п

В питой главе приводятся результаты сопоставления опытных данных с сущеетвующими в литературе теоретическими и эмпирическими зависимостями и даются рекомендации к расчету гидравлических характеристик водослива с широким порогом.

Сравнение опытных данных выполнено с теоретическими зависимостями Чсрюусова М.Д., Угинчуса A.A., Смыслова В.П., Боса М.Г. Отмсчиется, что для водослива без боковых сжатий наименьшее отклонение от опытных данных даег формула Смыслова, полученная с использованием уравнения энергии и неразрывности Йт|>-(-1,8-г+3,8)°/о.

Сравнение опытных данных выполнено с экспериментальными зависимостями Кумина Д.И., Сухомела и др., Березинского А.Р. и Павловскою H.H. Д.тя плоской постановки задачи формула Кумина д„ет близкие к оныптым значениям, отклонение не превышает 2,1%. Однако подчеркивается, что при пространственной постановке задачи, рассмотренные зависимости, дают погрешность до 6mP's-l 1% (при этом всегда в сторону уменьшения). Это вызвано тем, что зависимости для определения коэффициента расхода водослива не учитывают в достаточной мере условия, влияющие на него, что привело автора к необходимости разработать новые расчетные зависимости, более широко учитывающие (]>акк)ры, влияющие на гидравлические характеристики водослива.

Водосливы с широким порогом рекомендуется определять по формуле (I), где общий коэффициент расхода определяется по зависимости: ШолиГ nii> Собоб о„, здесь irip определяем,я по (3). Обобщенный коэффициент сжатия Eofx^f^Sycrl (5)

Для получения зависимости определения коэффициента бокового сжатия устоя Буг, использовали графики (см. рис.4) зависимостей СуСТот относи ильной ширины водосливного отверстия Ь/Вк и относительной высоты порош Р/Н для различных условий сопряжения (угла-©). Из рисунка видно, что при ©=const, для каждого значения Р/Н имеется своя кривая зависимости с.уст от b/B*. На основе этих графиков, используя программы для определения аппроксимирующих зависимостей методом регрессионного анализа, получена зависимость для определения СуСТ в виде: еуст=1/[А-В(Ь/Вк)] (б)

где А и В параметры определяются по графикам на рнс.7 в зависимости от Р/Н и 0. '

Коэффициент бокоиошсжашя бычка es рекомендуется определять по зависимости (7), полученной аналогичным методом, с использовани-• ем графиков ив рис.З.

= = >--(7)

п(10ч/Р/Н+6,2)

При совместной работе бычков и устоев их влияние па протекание потока снижается за счет своеобразного взаимодействия двух сжатий, описанных выше. При этом отношение. (г.^^/Су,.^) может изменяться от 1.1 (при Р/Н-0)до 1,01 '(при Р/Н-1,0). Полому при определении С^^ необходимо учесть это увеличение путем внесения некоторого поправочного коэффициента т), определяемого по данным табл.2. Практически при Р/Н>0,5 можно принимать т) равным 1,0.

Табл.2

Р/Н 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6' 0,7 | 0,8 1,0

л 1,10 1,06 1,03 1.025 1,02 1,02 1,015 1,012 1.012 . 1,01

Граничное значение относительной высоты подтопления рекомендуется определять по зависимости (4). Для удобства дается график.

При ¿УПч<(;\1!0)г1, - водослив нсзатоплен.

При Л/Но>(М1о)гр - водослив затоплен.

При определении коэффициента подтопления о„ первоначально необходимо определить (Л/!1(|)ф, с учетом конкретных условий входа и выхода (Шопд и Гц) данного водослива Далее по полученной (Л/Но)ф на номограмме, представленной па рис.8, определяют кривую СТп^Д/Но). Дальнейшее определение а„ для различных значений относительной высоты подтонлення данного водослива выполняется с использованием полученной кривой.

Следует отмстить, Что данная номограмма построена с использованием графика зависимости СТп=КЛЛ1о) на рис.5

Н заключении сформулированы следующие выводы:

1) При проверке того, работает ли водослив по схеме водослива с широким порогом или нет необходимо учитывать относительную ширину нопога, форму входной кромки, степени стеснения потока с боков и шероховатости.

2) Водосливу с широким порогом посвящено много теоретических и экспериментальных рабог. Однако ни один из теоретических подходов не включает то разнообразие условий работы водослива, встречающиеся па практике. С другой стороны, имеющиеся в литературе эмпирические зависимости для определения тех пли иных гидравлических характеристик водослива часто пег включают в себя всех факторов, влияющих па них.

3) Омыты еще pa i подтвердили, что общий коэффициент расхода в формуле Q = П101;щЬ%'2кЩ складывается in коэффициент расхода, учитывающего юлько высоту порога nip, коэффициента бокового сжатия бычки Г-5, К0>(]и|)нцне1ии бокового сжашя устоя г,ус1 и коэффициента подтопления Оц.

4) Особенностью взаимного влияния различных факторов, влияющих- на пропускную способность, является то, что при совместном влиянии двух или более факторов, их влияние на протекание потока несколько уменьшается по сравнению с тем, что если бы они воздейст-1Ю1шлн на поток н отдельности.

5) Изучение кинематической структуры сжатий потока на пороге подтвердили наличие боковых ежа|ий потока при обтекании им боковых ус roe в или бычков, независимо oí степени затопления водослива.

6) Начало затопления сжатой глубины на пороге ие может считаться началом затопления водослива.

7) Сопоставление опытных данных с имеющимися в литературе зависимостями показали, что для плоской задачи наилучшие значения дают теоретическая зависимость Смыслова В.И. и эмпирическая зависимость Кумшш Д.И.

8) Исходя из полученных автором опытных данных, которые проведены на моде;1яч с различными условиями работы иол ос л и ira, рекомендуется определить следующие гидравлические характеристики водослива в зависимости or различных факторов: тгДР/11), Be=fi(P/H, а);Кусг^РЛ!, ЬЛ5Ь, ©); (AlIoV^en. ап £,(Л'Н0, сн. т^).

9) Проведенные расчеты точности оценки общего коэффициента расхода nv,u, и достоверность полученных результатов показали погрешность в пределах 3,Ь%.

10) Рекомендуемые расчетные зависимости, полученные в результате выполненных исследований, в данной работе относятся к водосливам с пезакрутлеппой входной кромки порога и бычков. При других формах входных кромок необходим учет этих форм при определении тех или иных гидравлических характеристик.

Основные выводи по диссертационной работе опубликованы в статьях:

йабкова В.К..Аддвс Хайвеынказль.Пропускная способность незатопленного водослива с шарокиы порогом.-Ы.,1995.14с.-Деп. в ВИНИТИ РАН 30.10.96,JÍ3I67-B96;

Аддкс Хайлемнкавль.Исследование условий затопляемости водослива с изроют порогом в оценка коэффициента подтопления.--И., I996.-8с.-Деп. в ВИНИТИ РАН 30.10. SS.JS3I68-B96.

14

I

5

Рис.1. Схеиа зодосжива

с широким порогом

Рис.2. График зависимости! Щр от № я- опытные точки !

Рис.4- Графики зависимость.. Е-^

I

-ль Г- См- о..

0 0.57 ---ая алвв •■■¿>.Ъ75

• 1> е.зъ ■ ■■на

О »

к ¿.М ---¿7.1Я »

Рис. 5. Трагик зависимости €ь

'от по данным опитой.

По

Рис.6. Графики зависимостей „

дм.п:; !i,\u»MKm¡:L GIMAWO ÍRTHIÛPIA> HV'ir.'i'ù io chai дс^ч i.;t icr; о» I>r jad-om'ialed wciu; ■"m Mi-' suppiv n-'l oí nricaleiJ an;,i,

Ai ¡i i lo» oí w.'il <т IhiOii.n a liro'ul-ci'o;L-;l,ed weir i n ralh«r <r>' 1 юл' 1 'ii ui(i mu il ünctoi ph<-i .опнтюп.

¡11' tin:: Ui-üIr.; ;malv¿:ey the bioad-cr<•;;! od weirs a-: a ul 1110-

<>11 f 11'* Mipplv tи'r 01 unrated arca. ihu; weii lia.: i lv.' ad-v:mi ;■.'«• « it Mii'iiiicilv oí ootii't nict ion гик! partían':-, this toee-ttifi with ili>' liifi' volume oí theoretical ¿uní 1 -хр'Ч i montai weir ¡•iiiiitilx'. 111 I lie ln:;t veair. account к toi its pomnarltv In

rii" iiN'iatuie. fiowevei . t îi* ■ authoi ha.? сю 1111.. i oui I liai livre ai a iiuiiwm.'I oí pi ас» ical dií f itíull k-i; lnvo]in usimr I he jo lonmil.'ci.ior hvdiauiio calculai ion. rii» foi.пчиш lor calcular юн oí "libellai írv coet i îcii'i.t nut íhcludinir a¡ 1 tactores он which it

iUiiiif tin' if.'.11 It of own expel iiti"iita] ot ikiit'i" author Pi ves .-:t.'i '• ih'W accurate recoin,'uondat ion:; lor calculai ion oi discharge coei i lOHT.t cf bioad created w<-us.

ЛЛЯИ'' лАГ'ЛЫ.МКАа"!Ь ГШ!ЛЫ) iwtíomw» Гидравлические характеристики водослива с широким порогом на 'ороситель!юн сети.

волоолнь с широким порогом является самим распространением г ил ( ч.)Т'.'Х i ■ а ч-.'ским coopvachhcm на мелиоративной сети. 6 работе, ис.чол i из широкого анализа теоретических и оксперпыентальних ра-оот по üono.viistv с широким порогом, подчеркивается. что Кмемиие-■::.i il мировом литературе рекомендации для определения гидравлических характеристик водослива с широким порогом часто не. включает в сеоя все факторы, влияющие на них. Кроме того практически ьсо имевшиеся р литературе зависимости учитывают влияние различ-'ных фгиггорои в отдельности, а не их cotm-.thoí i.r;t.iutiç, что спилает их значимость. .

На основе своих опытных данник автором разработан« новые заьисимоетн для определения обобщенного коэ.Щ'иииента расхода водослива с широким порогом с учетом влияния всех Факторов, влияющих на него.