автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Кинематические характеристики на начальном участке безнапорного потока

СОДЕРЖАНИЕ.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ НА НАЧАЛЬНОМ УЧАСТКЕ.

1.1 Начальные участки движения воды в гидротехнических сооружениях.

1.2 Кинематика на начальном участке и его длина.

1.3 Расчеты установившегося неравномерного плавноизменяющегося движения на начальном участке.

1.4 Основные понятия теории пограничного слоя.

1.5 Выводы по главе.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Экспериментальные установки и методика проведения исследований.

2.1.1 Экспериментальная установка в РУДН.

2.1.2 Экспериментальная установка во ВНИИГиМ.

2.1.3 Экспериментальная установка в МГУП.

2.2 Характеристики живых сечений гидравлических лотков экспериментальных установок.

2.3 Точность измерений.

2.3.1 Погрешности при определении расхода.

2.3.2 Погрешности при измерении глубин потока.

2.3.3 Погрешности при измерении местных осредненных и пульсационных скоростей.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА НАЧАЛЬНЫХ УЧАСТКАХ.

3.1 Методика расчета кинематических параметров открытых потоков

3.2 Эмпирические рекомендации по назначению длины начального участка.

3.3 Коэффициенты шероховатости экспериментальных лотков.

3.4 Результаты экспериментальных исследований осредненных кинематических характеристик и параметров потоков

3.4.1 Экспериментальные исследования распределения осредненных местных скоростей в потоке.

3.4.2 Исследования кинематических параметров потока.

3.5 Скорость диссипации турбулентной энергии в потоке.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК АКТУАЛЬНЫХ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

4.1 Актуальные кинематические характеристик.

4.2 Результаты исследований вторичных течений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В диссертации изложены результаты комплексных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Кинематика начальных участков безнапорных спокойных "узких" потоков относится к наименее изученным разделам гидравлики.

2. Подтверждено, что в указанных потоках, максимальная осредненная скорость поступательного движения на вертикали находится не на поверхности, а заглублена на некоторое расстояние.

3. Распределение осредненных скоростей в плане в рассматриваемых условиях также отличается от "широких" потоков. Распределение указанных скоростей по ширине узких потоков характеризуется относительно (к скоростям на оси потока) меньшей изменчивостью в плане.

4. Все кинематические параметры, характеризующие осредненные скорости, в пределах участков, имеющих протяженность, считая от входа в лоток, равную примерно 40-50 глубин, закономерно изменяются.

5. Указанные закономерности описаны предложенными нами формулами (3.4.2.8), (3.4.2.9), (3.4.2.10), (3.4.2.11), (3.4.2.12), (3.4.2.13), (3.5.3), (3.5.4), (4.2.1), (4.2.2), справедливыми в соответствующих диапазонах влияющих факторов.

6. Если исходить из кинематических характеристик, исключив осредненные скорости, на участках, обычно принимаемых за начальные, движение еще не является стабилизированным.

7. К направлениям возможных дальнейших исследований начальных участков безнапорных потоков относятся следующие:

- детальные экспериментальные исследования движения жидкости в лотках с длиной, существенно большей, чем в опытах, выполненных к настоящему времени;

1. Агроскин И.И. и Дмитриев Г.Т. Изучение кинематической структуры руслового потока при обтекании вертикального цилиндра. М.: Научные записи МИИВХ, т. XVII. 1948, с. 32-39

2. Адамов Г.А., Идельчик И.Е. Экспериментальные исследования турбулентного течения в начальных участках прямых труб круглого и квадратного сечений. Технические отчеты, № 124, БНТ, МАП, 1948, с.25 33.

3. Альтшуль А. Д. Гидравлические потери на трение в трубопроводах. М.: Гос-энергоиздат, 1963, 213с.

4. Альтшуль А. Д., Грабовский А. М., Серебро Б. В. Расчет турбулентного пограничного слоя несжимаемой жидкости на технически шероховатой поверхности. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1986, № 1, с. 167 170.

5. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М. Изд."Недра" , 1982. 224с

6. Ахундов А.К Закономерности сопротивления и распределения скоростей в прямоугольных шероховатых лотках при равномерном режиме потока. Канд. диссертация. МИИВХ. 1948, с. 68-112

7. Бай Ши И. Турбулентное течение жидкостей и газов. М.: Издательство иностранной литературы, 1962. 344 с.

8. Барбин А., Джоунс Дж. Турбулентное течение в начальном участке трубопровода. Труды Американского общества инженеров- механиков. Сер. Д. 1963. Т.85, с. 34-42.

9. Бахметев Б.А. Гидравлика открытых русл. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1934, 264 с.

10. Ю.Баренблатт Г.И. Анализ размерностей , М.: 1987, МФТИ, учебное пособие,167с.

11. Боровков B.C., Майрановский Ф.Г. Аэродинамика систем вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1978, 120 с.

12. Богомолов А.И., Боровков B.C., Майрановский Ф.Г. Высокоскоростные потоки со свободной поверхностью. М.: Стройиздат, 1979. 343 с.

13. Брэдшоу П. Введение в турбулентность и ее измерение. М.: Мир, 1974, 280 с.

14. Василенко A.A., Павлов Е.И., Дупляк В.Д. Структура течения на начальном участке напорных трубопроводов. Респ. Межвед.научн- техн.сб. Гидравлика и гидротехника". 1982. вып. 35, с.28 34.

15. Ведерников В.В. Опыты по гидравлическому прыжку. Науч. Труд ВИНИТИ, вып 2 , 1954, с.34-46.

16. Великанов М.А. Динамика русловых потоков. Структура потока. T.l, М.: Гос.изд.техн. теоретич.лит., 1954. 239 с.

17. Великанов М.А. Динамика русловых потоков, T.II. -М.: ГТТИ. 1955, 323с.

18. Войнич Сяноженцкий Т.Г. Некоторые вопросы устройчивости потоков и их свободной поверхности при течении с большими скоростями. Труды координационных совещаний по гидротехнике, 1972, вып. 62- ВНИИГ, с. 128 -142.

19. Высоцкий Л.И. Управление бурными потоками на водосбросах . М.: Энергия, 1977. 214 с.

20. Гавриленко В.А. Распределение осредненных скоростей в равномерных турбулентных потоках жидкости. Известия НИИТ, т. 2, 1936, с.213

21. Гаранина Е.В., Пономарев Н.К., Рабкова Е.К. К вопросу о кинематической структуре потока .Гидротехническое строительство, № 9, 1995. с. 84-92

22. Гаранина Е.В., Пономарев Н.К., Рабкова Е.К., Стефанов С.Р., Юрик И.В. эхолокационный ультразвуковой метод измерения кинематических характеристик трехмерного турбулентного потока. Водные ресурсы, том 25, № 5, 1998, с 614-619.

23. Гибсон А. Гидравлика и ее приложения. Перев. с 6го англ. изд. А.Е. Страто-ницской и С.С. Соколова. Под ред. М.В. Потанова. M-J1. Энергоиздат. 1939 с. 605.

24. Гижа Е.А. Характеристики течения на участке стабилизации в напорном трубопроводе. Гидравлика и гидротехника. Киев, 1984. № 38, с. 16 34.

25. Гришанин К.В. Основы динамики русловых потоков. -М.: Транспорт, 1990, 320 с.

26. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1979, 312 с.

27. Гринвальд Д.И., Никора В.И. Речная турбулентность,- Л.: Гидрометеоиздат 1988. 152с.

28. Гринвальд Д.И. Турбулентность русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, 166с.

29. Гиневский А. С., Солодкин Е. Е. Влияние поперечной кривизны поверхности на характеристики осесимметричного турбулентного пограничного слоя. Прикладная математика и механика, Т.XXII, вып. 6, 1958, с. 28 33.

30. Гончаров В.Н. Основы динамики русловых потоков. М.: Гидрометеоиздат, 1954, 436 с.

31. Гришин H.H. Механика придонных наносов. Наука, М.: 1982, 160с.

32. Домаркас В.И., Пилецкас Э.Л. Ультразвуковая экоскопия Л.: Машиностроение, 1983, 154 с.

33. Данильченко Н.В., Боровков B.C., Красноставска Д. Расчет гидродинамических характеристик течения на водосливе. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л.: Энергоатомиздат, 1985. с. 110-113.

34. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика. М.: Машиностроение, 1978, 416 с.

35. Зайцев О.И Численное моделирование начального участка безнапорного потока. Дис.кан.тех наук. Л.: 1989 с. 65-78

36. Зб.Зегжда А.П. Гидравлические потери на трение в каналах и трубопроводах. М.-Л.: Госиздат, по строительству и архитектуре, 1957, 278 с.

37. Жаукаускас A.A., Улинскас Р.В. Исследование характеристик турбулентного слоя при положительном градиенте давления. В сб.: Тепломассообмен VI, т. 1,4.2. Минск, 1980, с. 91-100.

38. Железняков Г.В. Пропускная способность русел каналов и рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1981,311 с.

39. Ибрагимов М.Х., Субботин В.И., Бобков В.П. и др. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах. М.: Атомиздат, 1978, 296 с.

40. Ибад заде Ю.А. Транспортирование воды в открытых каналах. М.: Строй-издат, 1983,272 с.

41. Карасев И.Ф., Шумков И.Г. Гидрометрия Л.: Гидрометеоиздат, 1985, 384 с.

42. Киселев П.Г. Гидравлика . М.: Энергия, 1980. 359 с.

43. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. М.: Энергия, 1976, 386 с.

44. Клавен А.Б. Кинематическая структура турбулентных потоков. JL: Гидрометеоиздат. 1968, труды ГГИ, выпуск 147, с. 134-141

45. Клавен А. Б., Копалиани 3. Д. Лабораторное исследование кинематической структуры турбулентного потока с сильно шероховатым дном . Труды ГГИ, 1973, вып. 209, с. 67-90.

46. Конт- Белло Ж. Турбулентное течение в канале с параллельными стенками. М.: Мир, 1968. 210 с.

47. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидродинамика, ч. 2. М.: Гос. изд. физ,- мат. литер., 1963, 727 с.

48. Красноставска Д ., Юрчук М. Оценка устройчивости к размыву начальных участков земляных каналов ( Всесоюзная научная конф. " Исследование русловых процессов для практики н/х "). М.: МГУ. 1983. с.31- 32.

49. Красноставска Д. Структура потока и гидравлические сопротивления на участке стабилизации течения . Дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ. 1986, с.147.

50. Караушев A.B. Теория и методы расчета речных наносов. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 272.

51. Леви И.И Динамика русловых потоков. М.-Л.: Энергоиздат, 1957. 252с.

52. Лосиевский А.И. Лабораторное исследование процессов образования перекатов. Труды МОЦНИВТ. М.: 1934.

53. Лятхер В.М., Прудовский A.M. Исследования открытых потоков на напорных моделях . М.: Энергия, 1980. с.359 .

54. Лятхер В.М., Прудовский A.M. Исследования открытых потоков на напорных моделях. Изд. Энергия,- М.:1971. 288с.

55. Лятхер В.М., Прудовский A.M. Гидравлическое моделирование. М.: Энергоатомиздат, 1984. 392с.

56. Лятхер В.М. Турбулентность в гидросооружениях. М.: Энергия. 1968. 408 с.

57. Миллионщиков М. Д., Субботин В.И., Ибрагимов М.Х. и др. Исследование полей скорости и коэффициентов гидравлического сопротивления в трубах с искусственной шероховатостью стенок. ФЭИ-385. Обнинск, 1973. 63 с.

58. Минский Е.М. Турбулентность руслового потока. Гидрометеиздат,- JL: 1952. 164с.

59. Мостков М.Я. О расчетной формуле гидравлических сопротвлений для открытых русел. Гидротехническое строительство, 1946. №6.

60. Никитин И.К. Турбулентный русловой поток и процессы в придонной области. Киев: Изд- во АН УССР, 1963. с. 142.

61. Никурадзе И. Закономерности турбулентного движения в гладких трубах. В кн.: Проблемы турбулентности. M.-JL: Объединенное научно- техническое издательство НКТП СССР, 1963. с. 75 150.

62. Овчаров Е.Е Гидравлические сопротивления при равномерном движении жидкости в открытых руслах. Диссер. канд.техн.наук. М. 1955. с. 43 49.

63. Орлов A.C., Долгополова E.H., Дебольский В.К. К оценке характеристик поля скорости и переноса примеси в спектре в открытых потоках. Водные ресурсы, 1985, № 1, с. 92-100.

64. Орлов A.C., Долгополова E.H., Дебольский В.К. Некоторые эмпиритические закономерности русловой турбулентности. Водные ресурсы, 1985, № 6, с. 85 -90.

65. Панов H.H. Поле скоростей и гидравлические сопротивления открытых русел. Труды V Всероссиийского гидролог, съезда, J1. . с. 29-36.

66. Павловский И.Н. Собрание сочинений, Т.1. -М. Л.: Изд. АН СССР, 1955, 428 с.

67. Прандтль Л. Механика вязких жидкостей. В кн. Аэродинамика. Под ред. Дю-ренд В., Т. III. М,- Л.: Оборонизд. 1939, с. 46 237.

68. Поярков В.Ф. О грех формулах коэффициента "С". Гидротех. строит. 1952, №1, с.68-90.

69. Рабкова Е.К. Проектирование и расчет оросительных каналов в земляном русле. Учебное пособие, М.: Издат. РУДН, 1990, с. 34 46.

70. Рабкова Е.К., Гаранина Е.В. Влияние кинематических характеристик потока на пропускную способность русел. М.: ВИНИТИ, 1993, № 26, 97.

71. Рабкова Е.К., Гаранина Е.В. Пропускная способность открытых русел. Вестник РУДН, Серия "Строительство". 1999. №1. 69 с.

72. Рабкова Е.К. Гаранина Е.В Мгновенные компоненты скорости в Трехмерном турбулентном потоке. Тезисы доклада XXXII конференции "Технические науки" -М.: РУДН, 1996, с. 222-231.

73. Рабкова Е.К. Гаранина Е.В Некоторые экспериментальные данные турбулентных характеристик открытого потока. Сборник научных трудов. Актуальные проблемы теории и практики инженерных исследований. М.: Машиностроение, 1999, с 168-176.

74. Рабкова Е.К. Гаранина Е.В Распределение осредненных местных скоростей в турбулентном открытом потоке .Труды V конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей". ИБП АН РФ. М.: Россельхозакадемия, 1999, с. 324-342

75. Родионов И.А О распределении скоростей по вертикали. Доклады АН УССР, 1954, №5.

76. Розовский И. Л. Экспериментальное исследование начального участка в открытых каналах. Док. А.Н. УССР. 1953, № 1, с. 53 55.

77. Сайд Али Мохамед. Пропускная способность русел с поймами. Диссер. канд. техн. наук РУДН, 1994, с. 89-145.

78. Серебро Б. В. Турбулентный пограничный слой на технически шероховатой поверхности начальных участков. ОПИ. диссер. кан.тех. 1985, с. 37-68

79. Слисский С.М. Гидравлические расчеты высоконапорных гидротехнических сооружений. М.: Энергия, 1979, 336 с.

80. Смыслов В.В. Определение длины начального участка в трубах и каналах при турбулентном режиме течения. Респ. межвед. научн. техн. сб." Гидравлика и гидротехника". 1982. вып. 35, с. 14-32.

81. Солодкин Е.Е., Гиневский А.С., Гиневский А.С. Аэродинамические характеристики начального участка трубы кольцевого сечения при турбулентном течении в пограничном слое. В журнале "Промышленная аэродинамика". М.: Обор. изд. 1959, № 12, с. 155 168.

82. Стефанов С.Р., Юрик И.В. и др. Новый лабораторно-учебный комплекс по гидравлике, Методика измерения скорости в точке турбулентного потока. Тезисы доклада XXXII конференции. М.: РУДН.1996. с 232-240

83. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. М.: ГИТТЛ, 1951. с. 18-36.

84. Тепакс Л. Равномерное турбулентное движение в трубах и каналах. Таллин, Валгус, 1975. 255 с,

85. Троицкий В.П. К расчету безнапорных аэрированных водных потоков. Гидравлика и гидротехника, № 17. Киев: Техника, 1973, с. 74 86.

86. Фидман Б.А. Турбулентность водных потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 237 с.

87. Филиппов Г.В. О турбулентном течении во входных участках прямых труб круглого сечения. Ж. технической физики. 1958, т. 28, № 8, с. 1823 1828.

88. Форхгеймер Ф. Гидравлика. НКТП СССР.-М.: 1935, 615с.90. " Рекомендации по гидравлическому расчету крупных каналов". М.: ГКНТ СССР, 1988, 153 с.

89. Хинце И.О. Турбулентность ее механизм и теория. Гос. изд-во физико-математической литературы, М.: 1963, 680с.

90. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов. Перевод с англ. Под ред. А.И. Богомолова. М.: Госстройиздат., 1969, 464 с.

91. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов. М.: Стройиздат, 1980, 320 с.

92. Чугаев P.P. Гидравлика. М.: Энергия, 1975, 671 с.

93. Шеренков И. А. Прикладные плановые задачи гидравлтки спокойных потоков,- М.: Энергия, 1978, 240 с.

94. Шиллер JI Движение жидкостей в трубах . М. Л.: ОНТИ, 1936, 196 с.

95. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969, 723 с.

96. Шнипов Ф.Д. экспериментальное изучение поперечной циркуляции и локальных деформаций прямолинейных каналов трапецеидального сечения. Моделирование речных потоков для решения водохозяйственных задач. М.: 1985.

97. Эйснер Ф. Экспериментальная гидравлика сооружений и открытых русел, ОНТИ, 1937, 328 с.

98. Яковлев А.Н., Павлов Г.Б. Гидролокаторы ближнего действия. -JL: Судостроение, 1983, 260 с.

99. Simion Hancu Modelarea hidraulica in curenti de aer sub presiune . Bucur-esti, editura academiei republicii socialiste Romania, 1967, p. 246.

100. Nikuradse J. Stromunsyesetze in ranhen rohsen, V.D.J. Forsehungshefit № 361, 1933.

101. S. Hincu Determinarea lungimii de stabilizare a miscarii turbulente a flu-idelor in canale largi si Cercetari de Mecanica Aplicata. Academia republicii romine. 1958.

102. Imamono H. et al. Experimental investigation of a free surface shear flow with suspended sand grains.- Proc. 17th cong. IAHR, Baden- Baden, 1977, vol. 1, pp. 105- 111.

103. Ranieri M. Sviluppo dello strato limite turbolento in canale fortemente declive. VI Congresso naziona le АГМЕТА, Genova, 1982.

104. Lambreti A., Petrillo A., Ranieri M. Mobello matematico dello strato limite turbolento in canali scabri a forte pendenza. L'Energia Electrica № 7-8. 1983.

105. Radkivi A.J. Loose Boundary hydraulics. Oxford, Pergamon-press, 1976., pp.351.

106. Jmamoto H. Universal representation of turbulence characteristics in free surface shear flow. XVI congress JAHR Sao Paulo 1975.

107. Saitou T. Okada T. On the velocity distribution of open channel flow with large relative roughens. Technol. Repts Yamaguchi Univ., 1981, 2,5, pp.543-551

108. Czernuszenko W., Lebicki P. Turbulentne charakterystyki strumienia w kanale otwartym. Archiwum hydrotechniki. Т. XXVII PAN IBW, pp.26-38.

109. Hincu S., Donescu F. Mouvement turbulent des Fluides Dans la Portion d'Entree des Condiutes Circulaires Sous Pression C.R.Acad. Sc. Paris t. 259. pp. 124- 129.

110. Russo Spena A. Correnti di strato limite lungo lastre scrabe L'Energia El-lettrica, 1956.

111. Latzko T. Der Warmcubergang an einem turbulenten Flussigkeits oder Gasstroom. ZAMM B. 1, 1921.

112. Szablewski W. Der Einlauf einer turbulenten Rohrstromung. Jngenieur Archiv, B. XXI, 5-6 Heft, 1956.

113. Hama R. Turbulent Boundary Layer along a Flat Plate I and II Rep. Jnst. Sei and technol., Tokyo Univ., Vol. 1, no 1, 1947 pp. 49-50.

114. Patel V.C., Head M.R. A Simplifieol version of Brad-show's Method for calculating Two- dimensional Turbulent Boundary Layers. The Aeronautical Quarterly, 1970, vol. 20, August 3, p. 243 - 262.

115. Mc D. Galbralth R.A., Sjolander S., Head M.R. Mixing length in the wall Region of Turbulent Boundary Layers. The Aeronautical Quarterly, 1977, vol. 28, pl.2, pp. 97-110.

116. Halbronn G. Durand R. And Cohen de Lara G. Eltrainment in Steeply Sloping Flumes. Proc. Jntern. Hydr. Convention. St. Anthony Falls Hydr. Lab. Minneapolis Minn. 1953, pp. 48-53.

117. Corsin S., Kistler A. The Free Stream Boundaries of Turbulent Flows, Technol. Notes NASA. Wash., № 3133, 1954 pp. 203.