автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Обоснование параметров водосливных плотин с учетом пространственного сопряжения бьефов на подобсе с шашечными гасителями

Новосибирский швякерно-стропхвлыай институт им. а В. ДуЯ&ггэва

Ш прзг.г.х Э'Л'Г.П""»

СЮЛЕВДЕЗ ГЕННАДИЙ ЕОГОТЛЯШЮЕЙЧ

ОЗосиозвшуэ парзкэтрст водосливных плотин с учетом- простраястгешгого сопрягэняя Sî-ефоа ка зодобсо с' ШЕвчзшми гасителями

05.23. 07 - Гидротехническое и иэлюратгаисо стропто;кс"~о

Автореферат диссертации кз согакаготэ ученой стопогоз кандидата технических паук.

Новосибирск - 1992

Работа выполнена в Новосибирской ордена Трудового Красно* Аваюни хатнерно-строителгшом институте ш. В. Е Куйбышева.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Г. д. Распошш

Научный консультант - кандидат фваико-математических наук, доцент А. Е Поталкин

Официальные оппоненты: доктор технических каук, профессор ЕЕ.Зубков; кандидат физико-иатемат^яеских наук с. н. с. ИТШ СО РАН С. V. Аульчзнко

Вэдуцая организация - институт Красноярскгмдропроавг.

Заццта диссертации состоится 16 кгаа ка аасйдааии специализированного совета К. 064.04.02 при Новосибирском инженерно- строительном институте км. В. Е Куйбыаава по адресу: 630008, г. Новосибирск, 8, ул. Ленинградская, 113,ШСИ им.ЕЕКуйбьшева учебный корпус, аудитория 309

С диссертацией шгшо ознакомиться в библиотека НЙСИ. т. а а. Куйбыаава.

Автореферат разослан "16 " мая 1882?

Ученый секретарь к. т. я.,

специализированного совета и. о. доцента

Ц. 064.64.02 т. А. Рохдацрва

Перечечь условных сокрапрний и обозначений

В - ширина русла на водобое;

- ширина струи в сжатом сечешга

1а - ширина струи в сече ига, удаленном от сжатого на дли?

гидравлического прьагсз; Ц - сжатая глубина; Ь4 - вторая сопряженная глубина; У( - скорость потока а скатом сечедии; Ч г расход;

2 - дама гидравлического прыяка; п - коэффициент шероховатости;

- коэффициент подтопления гидравлического приза.

а

0Б1ЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Будуаре научно-технического прогреса неиоз-южно представить баз аналогически чистых технологий по производству электроэнергии на основе использования неиссякаемого природного исгочннка - еодц. ■ Беда также используется при оро-танви сельхозугодий, водоснаблэнки городов и промшшшнш предприятий и т. д. Для этого строятся гидроузлы различного назначения, которыэ требуется проектировать в сжатые сроки к с хороши качеством. В связи с этил разработка систем автомати-вированного проектирования (САПР) гидроэнергетических объекте: является едгеуалшнейшэй аадачзй. САПР позволит ревко сократил время на проработку вариантов и увезлкчить их число, новые»: производительность труда проектировщиков и позволит приманят: более точные и современнее штоды расчетов, которые при ручно: счете или невозможны шш еаншают иного времени. ' Цри этом нэ обходимо' иметь достаточно-точные математические модели продк тируеыьк объектов, что на. всегда шфат место. Так,.например при проектировании бетонных водосливных- плотин вопросы сода йения' бъефоа в пространственных условиях на водобое с шашэчнь ми г&гигедимн решатся часто только путем лабораторных исслг дованиа Ксэтому разработка теоретических методов ра^че: сопряжения бъе^в является актуальнейшей задачей г' для ее р; шэния требуются " дгоднейлкз теоретичзск.:э и гкеперикентальш исследования. Тем более,что практически во всех случаях сопр: какие в нижнем б^фе осувэствляегся в пространственных услов дат. даже если открыты вое отьэрсткг.. д. дейстаЗгадю норыагпвЕ документы (1) требую: акполпглъ пов&рочниЯ расчет на елтч открытия одного прог«.ч . ььфг.рх остальных.

А

Затраты, на ироежсвровзада и озроптед5сгг.о ггдгзсгзизя изотгсга в составе гидроузла загксят от топографически, rso.ro-гичоских, гидрологических и климатических условий ра^ока строительства и могут составлять' до £30% еатрзт ка гидроузел. Тагам образом, от техннкс-.~1со11ом5149ского оОосновгяга гкрамотроз по-косш:вных плотин зависит экономичность гидроузлч.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработать методику расчета сопрякэний бьефов в прс'страястзэнкьк условиях на водобое с спгечшш гасп-тохлки. Создать ■ пакет прикладных прстрз:лч дгп тзхтмо-зконсмичэскОго обоснования,пэракэтроЕ ходослтяпнх плотин .на нескальных основаниях с учэтом рззраОотаиной тторгкя р£счата ниже го бтефа.

ЗАДАЧИ КССДЕДОЕАНИй кесгэгогать агксггетриости юшязта ггсрсй со&ряязяпсп гзубвд* яа годсбоэ с шгэчтя гмеге.'гкн с утетсм расгс!рения струи з штате н Сьофэ я тр^-та пог зкп о дно;

па основания иеглэдовааий аяхуааышх скагросий ястог» Яать оценку пуяъсационпкч япгрузкям ка плати грэплзгпп э еял-кзм бгэфэ и гырзОотатъ реихвхтдзцая по сбссгсггтгз сгэгспд подтопления гидравлическая претив;

разработать ыэтод:гку ргсчгза сспряхэгой бгофоэ в лроот-раяствеаямх • усювиях на водобое с гасктеламя пп ссноаапш результатов теорэптесгепс и аксперилйнтальпых пссхэдоззаяий;

разработать пакзт прикладных программ для твхгатео-эко-покичеаЬго обоснования параметров водсс-гапгая; плотин ка яее-кагьних основаниях с учетом' виполяеннюс ксслбдоаанйЗг

БАУЧНАЯ НОрЗНА -РАБОТЬЬ-- -элерона' Полунина заЕксклость рссчгтг* ^слпчвду второй ерлряжнней глубины з условиях пространственного сопрягекия бьефов на аодоСоз с п?гачнк!Д1 гасете-дя1и с учетом траяил потока о дно и ргаирешп струн а пягнэц бгефэ;

изучено , влияние наличных. гасителей типа "standard shape" и подтопления, гидравлических прыжков на гидродинамическую нагрузку плит крепления;

определены основные факторы влияющие на формирована величины второй сопряженной глубины и пульсацию сгаростей потока;

получены функции спектральной плотности пульгацгашого процесса скоростей потока в пишем бъзфе;

разработаны рекомендации по обоснования степени подтопления' гидравлических. прыжов;

изучены фэрма и размеры дивого сечешш основной струи при пространственном сопряжении бъефов на врдобое с кашами и Саг них;

получена зависимость для определения параметра относительной ширина нижнего бьефа (К) многопролетной водослив кой плотины при различных схемах открытия водосливных отверстий;

установи но, что при установке на водобое некоторых типов шашечных гасителей величина второй • сопряженной_ глубины увеличивается;

создан пакет прикладных программ для технико-зкокомн-ческого обоснования ^параметров водосливных плотин на нескальных основаниях с учетом разработанной методики расчета сопряжений бъефов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ: на осьияании закона об изненекли кгдивдства движения получена теоретическая зависимость для расчета величины второй сопряженной глубина, учити-вавзрд условия сопряжения (плоокяе..шв1-проотранственныёУ",""вли-' яния шашечных гасителей, расширение струи в ниикем бьефе и потока о дно;

установлено, что величина второй сопряженной глубины, 1ри прочих равных условиях, зависит от типа- шашечных гасителей.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ: прздлеткэна методика расчета ;опрякений бьефов в пространственных условиях ка водобоэ с на-зэчяыми гасителями; '

создан пате? прикладных программ для техкгко-здаксш-isoKoro обоснования параметров водосливных плотин на неекаяь-чых основаниях;

диссертация является прододзшняем и развитием работ ЙКСй ы. Е Е КуйЗьсзеза ш соз^зшш САПР гидроузла на нескальном основании.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты научных разработок переданы з Красноярский институт Гидропроект. Расчетный 'экономический эффэкг от юс внедрения составляет 23 тыс, руб/год(цены 1930г.)

АПРОЕ^ЩШ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НйСй Ш.ЕЕ куйбыаэва (Шво-«ибкрск, 1988-1992 гг.), ка всесопаяан научно-техническом еозещании по гидроэнергетическим сбгзнтам "Цудуи^е гвдрсэнергетики" (Дявногорск, 1691), в инстетутах Гядрояровкг, ШЦГ (Красноярск, 1991-1892 гг.). В полком ебьеш работа даполвка нг г^свирэияом йемикзрэ кзфэдры гвдротешгчаских сооружений а гидравлики Б1СИ № 'i Е КуйСшгэаа (Швосвбирск, 1831).

ПУБЛИКАЦИИ. Результаты исследований опубликованы в cstci районах. Шлучено аатогсков свидетеле г'во на «¿-обретение "Водосбросная плотика".

СТРУКТУРА К ОБЬЕЫ ДИССЕРТАЦИИ.. Диссертация СОСТРИТ КЗ 22ЭД9НИЯ. трех паз, заключения, списка испольвованных источи ников и приложений. Ободзе количество страййц C2G, 2 той чиив 130 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 28 таблиц и бб стран; "Д приложений.

60ДШШШ РАШШ

Во введении обосновывается актуальность темы. Изложен цели исследований. Представлена научная новиана и практичэска значимость работы. Даны сведения о реализации и апробации рай ты, о публикациях, о структуре и объеме диссертации.

В первой главе дается обзор работ по теш диссертации формулирутся основные задачи иследований.'

Одним из основных требован:® при сооружении водослиень плотин на наскальных грунтах является недопущение отогнанног гидравлического пршка. Это достигается .надлежаща! заглублен! ем водобоя под расчетный уровень нижнего бьефа. , Обычно вторг сопряженная глубина Ь на гладком водобое при ^ » В определяется по известной зависимости

Ь^азМ-Н* (1)

На водобое с щаиечными гасителями - по эмипирическим фо; мулам или по результата!,: фиаичеекого моделирования. Е условия пространственной задачи, на гладком водобое ¡^определяется г зависимостям С. А. Кувьшяа ,М. 3.. Абрамова,,0. Васильева или зкс ■перимантально. В-условиях пространственной задачи на водобое шашечными гасителями определяется,только путем физически

моделирования. «

Подтопление гидравлического прыжка ещэ не гарантируем на дежную работу креплений з нижнем бьефе. Считал, что щ пространственном растекании штока условия работу креплений I участке водобоя и рисбермы более благоприятны по сравнению ■условиями ■ работы эуих креплений условиях плоской задач! Исследования еопрчлений бгефов в пространственных условия; проведенные 113. Абрамовым, А. С. Абэ левым, Ф. В. Гунько, Д. И. Куш

8

ал, H. ¡1 Линчевским, 3. К Пйкаловым.й. IL Лэеи, К. И. Российским, И. М. фповым, Е 3. Ходаковым, И. И. Тарасовичем, С. А. Кузьминым, С. А. 06-иовским, О. а /лдрэейым, П. К, Цветковым и другими исследователя! показывают, что кинематическая структура потока может Сыть »лее опасной, t-ем в условиях плоской задачи. С другой сторо-.!, исследования Ф. Г. Гунько, В. И. Куэмэнкова, А. Ф. Антонникова и гд исследований по конкретным гидроуглам дают основания счи-1ть, что при устройстве на водобое эффективных гасителей я зи определенных схемах маневрирования затвсоами условия соп-iкения бъефов- при пропуске расхода через часть пролетов могут ль не более тялклыми, чем при пропуске расхода всем ео-эслизным .фронтом. При этой практически нет данных о влиянии гепени подтопления гидравлических прылков и шашечных гасите-;Г; Tima "standard shape" на гидродинамическую нагрузку кй питы крепления,, являющуюся одним- $;з основных критериев зйфэк-твности гашения кинетической энергия потока в низшем бгефэ. зстоверкость расчетов сопряжения бъефов и полнота сведений о щрав-ическом прыжке во много и- определяет технике-skohomi-гские показатели -водосливной плотины, так как водобой и «гбэрма составляют значительную часть от ее стоимости.

Первой стадией проектп>свания гидротехнических сооружения зляется технико-экономическое оСссксзаниэ параметров сооружала. 3 настояпзе время расчеты на этой стадии выполняются либо эучную, 'либо.с помощью ЭК£ Автоматизированные систем для звенкя частных проектных задач разных "йерарзгйческих уровней юраоотаны-нтЯЗИТйЛЬ" Калняян*. отделениями институтов Гид-зпроеет им. С. Я Щука, "Оргэнергострой" и рядом других оргакиза-,тЛ и могут рассматриваться как отдельные элементы создаваемых ЛР для гидроэнергетических объектов. В зарубежных изданиях аюе опубликованы работы, направленные на разработку прог-

■9

раммнэго обеспечения для решения • еадач на стадии ТЭО. Так например, имеется программа для оптимизации ширины водосливно го фронта плотины в створах с треугольным и прямоугольным се чэниями. Исходными данными в этой работе являются единичны стоимости водосливной и глухой части плотины, которые прииима тс я на основании схематизации их сечений. Ео всех этих рабо тах не учитывается реальные топографические, геологические гидрологические и климатические фасторы; кет четких критерш оптимизации для выбора наиболее экономичного варианта гидроуз •да.

Во второй главе представлены теоретические и экспериментальные исслэдвания сопряжений бьефов.

Для обоснования теоретической зависимости, описываищэ гидравлический прыжок на водобое с шапками в движущемся поток выделен некоторый произвольный объем V, ограниченный кидко непроницаемой поверхностью К (рис.1). Прыжок и все связанные ним процесса проходят -в пределах этой поверхности. Для выде ленного оСгема зякон об изменении количества движения зато: сется в ваде

где \ р\м!к - поток импульсов через всю контрольную пове}

К хность;

- сила трения на дне водотока;

- реакция иашек;

- гидродинамическое давление в рассматриваем; точке;

V - скорость в данной точке;

Т' - касательное напр.яжели1е_тренйя на днг-водот!

Рассматривая проекта: кодэтэстза дз;;л5к;:л к ульсов с:

на .ориаонталыую ось X .. считая, что движение устааовквтее

10

а дно водотока на участке гидравлического прыжа горспзои-таль но, получим следующей вид ург.внетгя(2);-

К" ] |)-созО>,*Ых 4 5,4 | ^/УСо-ф^К (5) '

где (I =

• г к*

(ч-'ЫЛ

Для упрощения теоретических выкладок контрольную поверхность проводят так, чтобы на большей части ее граней не было переноса импульсов. Например - шестигранник (рис. 2). Рассмотрим члэны уравнения (3) отде-ьно для каэедой грани.

3.сечении 1-1 количество движения определяется записи-МСТЬЯ

■ Ь^/'Д (4)

равнодействующая горизонтальной составлявшей гидростатического давления равна

Р^УЬ^ ю/

На участка от 1/2 до 1/2!) с !салдой стороны основной СТРУИ глубина меняется от Ь4 до по кривоЛ тина

ЬД-КЬ^

где а и (п - пара »три кривой свободной поверхности. нодействутадя гидростатического давления на участке шириной (В-Р^) выразится в виде %ф

<7)

В сечении 2-2. Кс-шчество движения определяется аазиси-моатыо

резульдатющая гидростатичь л^ого давления разп£

В сэченшх 3-3, 4-4, 5-5, в-в потока импульсов нет. Проекции сил гидростатического давлен.я на ось X равны нули.

Подставив выражения (4)-(9) .в уравнение (3) поел? ряда преобразований и интегрирования получим зависимость для расчета величины второй сопряженной глубины в виде:

тт К=-{Ч ,

Принимая, что ширина -пружка по его длина изменяется по линейному закону, получим зависимость для определения силы трения и

Уравнение (11) относитеЖно громоздко* во легко репаэтея с помощью ЭВМ. Для ручного счета это уравнение можно аппроксимировать формулой „

Реакция шашечных гасителей прикинется по эмпирическим формула».!.

Расчет по определению второй сопряженной глубина ■ достаточно сложи, ' и его рекомендуется проводить с помкоцьи ЗЕУ. Дня ручного, счета формулу (10) можно аппроксимировать фуккциэ*

типа • __

« cUi^ BFeJ ~1) , ' (13)

где С - коэффициент, зависящий от типа вашечньа гасителей (для саиек типа "standard shape"C=0.87, при гладком водгОоэ "рекомендуемые значения коэффициентов А и Б приведены с

забл. 1.

Отличие результатов, полученных по формулам (10) п (13) составляет не более 7%.

Экспериментальные исследования проведены 'на пространств вен:шй площадке раамзром 15м . Модел! водосливной плотины с еошга пролетами (ширина пролета 20 см) бь'ла выполнена б масштаба 1:100. В лаборатории проведены предварительная и осиоецзд

12

Таблица l

К 1 3 б В. 5

А 0.5 0.34 0.25 0.2

•п 13 8 12 15.7 20.4

сорйи ог.ытоз. .

Для выявления наиболее эффективною типа шашек, в предварительной серии исследовалось три типа шашечных гасителей. Анализ результатов показал, что шашки типа' "standard shape" (тип 1, на рко. 3) эффективнее гасят кинетическую энергии потока и сущастзенно снчкаит величину второй сопряженной глубины. При установке на водобое пааек типе. 2(рис. 3) требуется глубина з шшгем бтьефе да?"« Сальса, чем на водобое без гасителзЛ.

В оскцзной csp;r,i огтытоз изучалось : влияние числа Сруда, условий пространственного сопряжения б^фоз и шашечных гасителей типа "standard chaps" на величину второй сопряженной глубины; влияние условий пространственного сопряжения бъэфэв, са-шечны? гасителей, степени подтопления гидравлических яршиов, местоположения по гергисали' и удаления от слитого сечения исследуемых точзк (1,2,3,4 рис.3) на основные турбулентные характеристики потока; тансйооиация основной струи в ниднем бьефе; форма свободной -поверхности потока в плоскости скатого сечения;, влияние различны:-: комбинаций открытия водосливных отверстий В' условиях многопролетного сооружения, на параметр К

Влияние на вторую сспряяэняую глубяну исследовалось при трех значениях- -числа~~5руда'(21,31,60) и различных схемах открыт* «атворов. «йрзгл схема - по^япотыз открыт четвертый пролет. Вторая - полностью открыт зторой, четвертый и шестой про-л:-ты. Четвертая - полностью открыт четвертый пролет, третий и пятый пролеты приоткрыты на 0.2R Штая - полностью открыт

т3

четвертый пролзт", второй п шестой пролеты приоткрыт на 0.211 Шстзя - полностью открыты отверстия со второго по седьмой пролеты. Седьмая - полностьй открыт четвертый пролэт, а в гонец бъэфи созданы 'условия для <|зр«иравания плоского прьсзга (установлены гладкие непроницаема стенки нз расстоянии ." " друг от друга). Пр:; Fr, =21 и 6D исследовались первая, вторая, третья и седьмая схемы. При -Fr, «31 - всо сею схем. Опыты повторялись по четыре раза при строгом соблюдении требований рандомизации. Есего выполнено 120 опытов.

Для оценки влияния прострапствеиности и шадачиых гасителей на величину второй сопряг,энной глубины выполнен дисперсионный анализ по планам полного факторного эксперимента при соответствующих значениях чисел Сруда. Анализ показал, что влияние гасителей составляет от 10% до 16% влияния фактора прострапствеиности.

Дополнительнам анализом установлено, что при изменении. Ft¡ от 21 до 60 величина второй сопряжений глубины уменьшается в пространственных условиях сопряжения (при относительной ширине нижнего бье£л К=8.5) по сравнению с ее величиной в услови-

I

ях плоской задачи от 35% до 39Х при сопряжении на водобое без шашек и от 30% до 25% при сопряжения бъефов на Еодобое с шашками.

В условиях плоской задачи величина ha уменьшается за счет установки шаечных гасителей на водобое от 14* до 20«, . а в пространственных условиях от 8Х до 13%.

Исследования многопролетного сооружения, когда сброс воды в нижний. 5ъеф осуществлялся при различных комбпкзциях^открьгтиг! водосливных отверстий (открытке, приоткрытые, закрытые) показали. что значение коэффициента (К) моует Сыть приь'лто по зависимости

т/ '

кг;—г (14)

v - ио

где - количество открытых аодссливншс отгерсиЯ}

суммарный расход проходе®« через приоткритш

Qm - расход, яроходйгт-St «срез одно открытое отверстие. ПЬсхэдованич рлсвгр®»:« струп в гажнси бг?Ьз полагала что при К<3 расшярекгв струя г.э презкгзэт Ш. При К-8. 5 и Fr, струя расЕ".р?зуся з 2.6 раза па яодобов с гааягвлдия п в 2 раза кг водобое без гасителей. При р/.зкьшэглм чисел фуда ргсши^енкэ струи ушныэтетсг (рис.5,.6). При сопряжении огефов па водобое с ваЕЗЧньм: гасителями сочэнкэ -основной струп га^от .tjopvty трапеции с божий вархной стороной, а на водобс» без гсентзлэй - ферму пряоуголыйкз. Это сОгтанястос гон, что тхгт "отОрчскЕак»" тргвэптвув струя в 2с-рслсп поте,"а, г."о :t происходит сэ ркгтекаште.

!Ьс,58д0£{-зля ¿орш свободной п0г9рх1!сзти i! кгтои соизпкп полагали, что паргмэтр м в icprгулз (б) не загксьт от усдогий пространственного солр.чмэжш бкфов, наличия гасителей на во-добоэ и является величиной достоянной, разной.0.13.

Эксперименту подтверди правильность теоретических предпосылок и достаточную точность расчетных ¡заигага.-.оетей (10) -и (13" для слрздзхэквя велтеяш второй сспргшзвиой глубины. • Ш рис.7 прэдетавле:. - розультати теоратнчэскпх и гиспершвнтал)-нш исслэдоеениЗ, a laib; даннкэ других азтероз. ■,.. -

йзче-сгно, что дкиг-жескоэ Еозделстиэ турбулентного поте;« на гшшг ¡ггез^випя завигкт от дзг'хтш^елгкой (ЕягуелыдаЯ) придонной скорости и пуль-аций дзплгигй. Сс!гоеиьгл1 хсраксе-

pi'IOTiiKCiir'ri'I УрОБ1.л ТУХи^Уи^ПТП^^-ТП jiljJt.ijjTCЛ СТ1--i"-1''jI.

пулюоцпй. Наглядное прэдеткзлэппэ о структура турбукнтпозги даэт спсктраль.юэ вредставлэпае .»ульсацпЯ. Елилниэ ьа шд

1Г)

условий пространственного сопряжения бьч&ов, шашек и степени подтопления гидравлических ирыжов изучалось экспериментально в,четырех тачках (рис,3) при1 значении числа Сруда в скатом сэ^нии равном 31.

Точки располозаэнына оси основной струи. Первая и вторая удалены от скатого сечэкяя ка длину гидравлического прьккд; порвал к третья располагались примерно в 5 од над дноь, вторая и четвертая - па расстоянии одной трети глубины ог свободной повэрхкости.

Вэличины.мгновенных скоростей фиксировались в определенном ыаспггабе кз фотобумагу осциллографа (рис, 4). Для этого была смонтирована специальная кзмэрителъная система, состоящая 513 тгнзадатчпга, блока питания, теазоусилителя и шгейфового осциллографа.

■ Какдай опыт проводился при четырехкратном повторении, при строгом соблюдении требований рандомизации. Условия провз-. декия опытов приведены в таблице 2. Есего выполненно Бб опытов.

Влияние различии факторов было оцэкеко при поызвд дисперсионного анализа. Для этого из всех проведенных опытов были выбраны -э, которые удовлетворяю? плану ПЗЭ тша 2 . ¡Доведенный анализ результатов показал, что основными факторами, влиищши на величину основных турбулентных характеристик, являются просхраясгввнность сопрякэния струй в чижаем бъефе, наличие шашечных гасителей и удаление сочэния от начала прыжка.

В работе также проанализировано влияние степени подтопления гидравлических прыэкков (см.табл.3). Здесь представлены от-ноиения размахов (двойная амплитуда) пульсащгй при различишь степенях подтопления, гидравличасгах ттршкйГк размахам пульсаций скоростей при оптической форме сопряжения.

1С

ТаСлица 2

Условия опытов

Наличие Ь^/йкр (Г щ

опытов' гасителей ч

на водобое

плоская 1 нет 7.47 1.0

задача 2 нет 8.23 1.1

(схема 3- есть 0.23 1.0

N7) 4 есть 7.47 1.2

5 есть 8.23 1.3

прост- 6 ■ нет 4.53 1.0

ранст- 7 • нет 6. 23 - 1.4

венная 8 • нет 7.47 ' 1.65

задача 9 нет ■ 3.23 1.8

(схема 10 ■ есть 4.23 1.0

N1) 11 есть 4. 53 1.05

12 есть 6.23 1.45

13 есть 7. 47. 1.75

14 есть 8.23 1.9

Гвйшща 3

Условия опыта Максимальная степень под-' топлёния прыжа NN Т0Ч9К

1 2 3 4

Плоская без шашек 1.1 . 0.9 0.3 С. 87 0.7

ПЛОСКАЯ С ш^НиКЗпС! •1.3 •0.7 0.6 0.45 0.44

Пространственная • без шашек 1.8 0.84 0.9 0.65 0.7.

Пространственная с шашками . 1.9 0.85 0. 67 0.81 0.53

з данных таблицы 3 следует,- что с увеличением подтопления идразлических прыжков турбулентность в них с питается.

' При проектировании плгг водобоя и рисбермы гахяш явля-тся вопрос о выборе оптимальней; степени затопления гидравли-еского~прьикаГ Б диссертационной работе выполнено специальное сследованиэ этого вопроса, из которого следует, что степень одтопления гидравлического прыжка должна определяться на сновании технико-экономического анализа вариантов гидроузлов различным подтоплением прыжка Так .например, для условий.

«¡сслэдуемого гидроузла оптимальной степенью подтоплзння пвлг ется ' •©'в М. 3 других случаях э.а величина шжзт Сыть яной.

Влияние шашечных гасителей на пульсацию скоростей (а ела доввтэхьно и давлений) видео из таблицы 4. В ней представлш: 07Е0ЮНЯЯ разыахов пудьсадай при сспрякгнии бъе'фов на водобс с езьочеын гасителями i", размахаы пульсаций при сопряжении бг б&оа на водобое бег гвеителей £ условиях плоской и проса раксгаеиной задачи. Из т&Злиод видно ,чг<э а поверхностных то«, кац огкожзния размахов Солыгэ чем в придонных точках . Слгдо-

Таблица 4

Условия сопрякемя бъэфов N11 точек

1 { . 2 о 4

Плоская садача 0.23 0.77 0. 62 1.24

Простракственкая' задача 0. 52 0. 83 0.5 С. 73

рг.телььо, егр.ргз подтверждается тот $акг, что шавки " отбрт ешй«г"струю б верхние' слои нотой и создаст таг. нвзнвгзгг поверхностный • режим сопряхэния в- юшем бьефе.. Блиякш пространствешюсти видно из таблицы 5, .где представлены отне Езлкя размахов пульсаций в пространственных условиях (11=8.5) разшхам . пульсаций скоростей нотою е плоских условиях сокр.*-:::з;ш бгзфов (2=1.0).Есе эти откокэкия больше единица. Сл~пэ

Таблица 5

Наличие гасителей на водобоо ■ ГО1 точек

1 2 3° | 4

Шашки на ^одоОое' Р.&" 1.3 3.0 1.6

Еашек нет иа ЕодоЗое 1.8 1.5 3.6- £.3

дагелько, при работе водосбросных соорумггий частью водосс^ кого фронта р'-зиахи пульсаций скоростей потока еначатоды хозрг-таиг по сравнении с размахаш пул'саций, ишвщк ¡.вето

18

юзиях плослой задачи. Особенно в придоншп слоях потока гавия работы креплений в нилгем бкэфэ ухудшается.

Пересчет стандарта пульсаций скоростей в стандарт пульса-I давлбнил молло выполнить по данным ряда авторов (В»11Лятт >а, Кнэпп ?. ,£ейли Дне., Хелшгг О. и др.). Результаты пэ-:чата продстазлэны в видо отношения размахов пульсаций дад-[¡!Л, т'эющчх место при определенных условиях сопряжения бъ-ш к размахом пульсаций давления, при сопряжении бьефов в )ских условиях на.водобое без гасителей (теЗлица 6). Ш таб-

Таблица б'

'словия сопряжения бьефов Коэффициент потопления прыкка NN точек

1 3

иосгая'с шашками 1. О 0.15 0. 42

1. 2 0.035 0. ?.5

1. 3 . 0. 052 0. 16

[ространстзенная 1. О 3.2 12. 25

ез сашек 1. 4 2. 64 У. и

1. 65 2. 22 3

' 1. 8 2.12 6. 25

рос-ранственнаа 1. О 0.88 . 3. 8

шашками 1. 05 0. 86 3. бЬ

1. 45 0. 77 3. 05

1. 75 -0.74 2. 74

1. 9 0. 73 2. 55

ы б видно, что при критической форме сопряжения бьефов в овия;; плоской задачи, кзшечннэ гасители уменьшают раз махи ьсаций давления в точке*N1 в 6 раз, а в точке КЗ в 2 раз. зтранствеиныо условия' при сопряжении бьефов увеличивает ьсационную нагрузку на плитыз-точке N1 з 3 раза и в точке зД2_раз'. Ир;!"ЗТом^сяГустанов»!Ть к?, водобое ¡гашечкые гаси-■I, ти ра-чмзхи пульсаций давления на плиты уменьшатся в 4 а. Подтопление гидравлического прыжка.уменьшает гидродина-эскуто нагрузку на плиты.

Результаты насих исследований достаточно хорошо,совпадают' !нкшя; г. А. Едпцкого й Лятхера.

Аизлпз Сун'кцпл спектральной плотности пулъсационного про цесса скоростей показал, что ведущзя частота ке кревкзаег О. Гц. Но данным ВНИИГ собственная "астота плит крепления в шга них'бьефах гидроузлов больше 1Гц. Следовательно, нагрузку н плиты'крепления мокно рассматривать как статическую.

В третьей главе представлен пакет прикладных программ п расчету и проектированию .параметров водосливных „лотин н нескольких основаниях, включающий и нашу методику расчета соп рпкзпий бъефов в пространственных условиях на водобое с саигл т. Глг.эт позволяет выполнить технико-зкономичесган обоснова киэ параметров водосливных плагин. Кзпксак на языке Сорграг: ООшэе количество операторов 4351. Состоит из девяти взаимосвя ванных модулей.

Модули вклнчааг в себя проектирование формы и размере водосливной плотины и быка, конструирование подземного контур плотины, расчеты: водосливного фронта плотины; разрезных Се ков; сопряжения бъефов; фильтрации и фильтрационной устой'а: вости'грунтов основания; устойчивости и напряженного состоят; основания плотины; проектирование водобоя, ' рисберма и'ковшз проектирование устоя;расчет объемов работ и стоимости ¿арная тов, выбор наиболее экономичного Еарианта, выдачу графическс информации!

Есж в процессе расчетов оказывается, что плотина е удовлетворяет каким-либо условиям прочности и остойчивости, 1 ЭВМ автоматически изменяет размеры плотины и снова .проводите расчет. Б результате выдаются параметра такой плотины, котег отвечает всем критериям прочности и устойчивости.

¿ыбор наиболее экономичного варианта " гидроузла осут;?с" вляется по двум критериям: по приведенным затрата ; для все: гидроузла или объему бетона. .Поиск оптимального варианта явят 20

гтся задачей многокритериальной оптимизации и сводится I: г;о-гску шойэства точен согласованного оптимуъад. Это множество точек составляет область оптимальных решений задачи по В. Парэ-?о. Кз нескольких вариантов , входивших в мнодастяо оптимзль-жх решений, ироэктировщик выбирает вариант, лучше оггечаюпиа вдткм требования!/:: наличие материалов; удобство эксплуатация, технологичность и т.п.

ООшдя стоимость гидроузла, объем бетона и приведенные аа-гараты, в обнзэм случае, зависят от множства факторов: топографии с.вора, геологии, ргс^тного расхода, местоположения, плотины, способа гасзния энергии й креплений в нижнем бъе^е.

Эффективность использования разработанного пакета прикладных программ проверена путем поверочного обоснования параметров водосливной плотины, построенной Кшссвйпрсной 1ЭС. Рэ-вультаты расчетов показали, что параметры Новосибирского гидроузла близки к оптимальным, по не явяллвтся наилучшими. Его видно ив данных таблицы 7,где представлены технико-экономические показатели сущзствующзго варианта и двух более оптимальных вариантов, полученных с испо^зованиэм разработанного в настоящей диссертационной работе пакета грикладных программ. Таким

Таблица 7

тэд Существующий вариант Новосибирского гидроузла Оптимальный " вариант

N1 N2 :

Число отверстий 8 8 1'!

Водосливной фронт ■>Ао нго

Толщина быков ь.е г.о

Отметка I ребня '16.5 ' : ',8.5 ЯО.5

я Объем бетона, тыс. ы' 400 235 37В

Приведенные затраты млн. руб. /год 6.0 5.1 4. 0

сОрааом, 13 сопостевлэнвя видно, что испольвованиэ паке: только на одноы гидроузле позволит сэкономить десятки тыс: кубоыэтров бетона-(около 10Х от общего обьеыа) и до шишми рублей капитальных вложении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Настоящая диссертационная работа является составы честью работ ка£одры по создании САП? водосливной плотины заала целью проведенкэ теоретических и экспериментальных иге: вшй сопряжений бьефов в пространственных условиях с пажа' На водобое и, испольвуя полученный материал, создание пакэ1] прикладных программ для расчета и твхилко-вкономическм (ЗбосноЕания параметров еодослйвных плотин, возводимых \ иес(сальных основаниях.

2. Из уравнения изменения, количества движения получе! зависимость С 10) для расчета величины втоорой сопряженной г бины' на водобое с шашками с учетом трения и расширения струи ниянеы бъефе! .

3. Установлено, • что основным фактором, влиявщщ на веди* ну второй сопряженной глубины, является пространственность,

4. На основе экспериментальных исследований получена ве

Вйсимссть для расчета параметра К в условиях многопродетчо1 *

сооружения.

Б. Экспериментально установлена зависимость, зписыввдщ расширение струи в условиях пространственного сопряжения <п ефов.

6. На основании исследований пульсациокиых скоростей пс токг. установлено, . что основными £ агатами, влияющими на еэл] чину размаха ,и стандарта пульсаций скоростей потока являете условия пространственность при сопряжении бьефов, наличие г£

сителей на водобое, удаление от сжатого сечения, и степень подтопления гидравлического прыжа.

7. На водобоэ' без гасителей при пространственной форм сопря'.чэния бьефов, по сравнении с плоским прькком, пульсащюн-нэя нагрузка на шиты крепления з ниилем бтсфе увеличивается примерно в б раз. Шснчнш »¿г:™ «ли в 4 раза (в среднем) уменьшают гидродинамическую нагрузи/ плита. Годтоплепиэ прыжка такие значительно облегчает работу глгчия.

8. Исследования функций спектральной плотность яульсздесано го процесса скоростей показали, что ведущая частота не прээы-шзет 0.1 Гц. Следовательно, нагрузку на плиты крепления в начнем бтефе можно рассматривать как статическую.

9. Степень подтопления гидравлических прьсжоа додала определяться на основании технико-экономического анализа варгзэ-тов с различным подтоплением прыжа.

10. Ка основе существующих правил проектирования, а тактэ йо результатам теоретически и экспериментальных исследований, был создан пакет прикладных программ для технико-экгнг^г^ско-го обоснования параметров Ьодосливных плотин. Гйзерочжй

• расчет по Новосибирскому гидроузлу показал, что испольасг^кгл пакета даст возможность экономить на средних гидроузлах десятки тысяч кубометров бетона' и до миллиона рублей каштгальакх вложений, • »

11. Лазая оОобцекнуи 'оценцу своей работе автор считает важным указать," что главный смысл своего тргд- он впдпт в том, что получены: .^теоретическая • зависимость для расчета величины üiOpuíi сипрялвнной глубины ■ при сопря^пип ■ с" — пространственных условиях и наличии гасителей; данные о пульсацион-нгл нагрузках на плиты зодобоя :: рисберма; создан пакет прикладных программ, г позволяющий выполнить технико-Экономическое обоснование параметров водосливных плотин,

in

U

При выполнении диссертационной работы получены важные поточные научные результаты. Гак выявлена зависимость величины второй "сопряженной глубины'от тип", шашечных гасителей. _ Обнаружено, что существуют типы гасителей, при установке которых на водобой требуется больоая глубина для затопления гидравлического пркжа по сражению с глубиной, необходимой для затопления прыжа на водобое без гасителей.

ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ, ОПУБМКОВАНШХ ГО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ '

1. Г. К. Смоленцев. Сопряжение бъефоз в пространственных условиях с гасителями//Тезисы докладов научно-технической кон-фэренции/НИСИ. 1990.

2. Г. А. Распопин.Г. К. Смоленцев, S. В. Боронина. Система автоматизированного проектирования бетонной водослиеной плотгш на кескальном основан;га//Изв. ВУЗов. Сер. Строительство и архитектура. -1990. -IJ10. -с. 84-87.

3. Г. А. Распопин,Г. К. Смоленцев Сопряжение бъефов на ■ водобое с -гасителями//Тезисы докладов научно-технической конференции. Охрана природы, гидротехническое строительство, инженерное оборудоЕ ние НЙСИ. 1991.

4. Г. к. Распопин.Г. К. Смоленц-в Оптимизация параметров бетонных водосливных плотин на нэскалькых основаниях//Тезисы докладов к Всесоюзному научно-техническому совесэлия. JL -1991. -с. 119-120. ■

5. Г. А. Ра:-попик, Г. К. Смоленцев Сопряжение бьефов в прост-, ранственных условиях на водобое с гасителями//Игв. ЕУЗов. Сер. . Строите"ъстео и архитектура.-1932.-Nl-c. 75-80.

6. A.C. 162378 СССР. - Водосброска^плотина/ Г. А.Распогаш, Г. К Смоленцев (СССР). -N4660332/1C-03; Заявл. 22.10. SO Г.;Опубл.30.03. 91, Бил. N12. -2 с.

24

Рис. 1у Контрольная объэи жидкости V/

Ряс. ■ '¿в

Л Ч ——

Ловзрхиость, ограничиваикая контрольный оогвм жидкости: 1-1 - в сжатой .свчррип, нормально..« ОСИ ПОТОП»' 2-2 - И* ч»0«!,!,О!'Нии Рипмв^ичвс-

прыякв ог~с*атог5 сечения; ¡КГ и м-длельно оси потока; 5-5 - свободная I

кого

параллельно .......

хность; 6-6 - дно водотока.

повар-

Е 8ШЗ 2 ?8П 3 !8Щ

- ."■"ч'оположэние точек 1,2,3,4 длч исследования -„-^шсацыл скоростей по оси основной струи.

Рис, фрагмент записи пульсационных скоростаЯ потока в точках 1-4,

2С

) ' | ' , ..... ■ ; ■ . ■

Рис. 5. Расширение основной струи по длина рйд(явля« чоского лрияка на водобоо боз гасителей» I - К®8.5; 2 - К°2.8% 3 -^ - экспериментальные точки.

Рис. б. Расширение основной струи пэ длине гидравлического праяка на водобое с шапечннмн гасителями: I- К=6.5; 2 - К-2.03; 3 - К*1.42; * - эхспгрчмснтальнне точки.