Обоснование масштаба модельной установки для исследования гофрированных лотков
Методы определения зоны квадратичного сопротивления для потоков со свободной поверхностью в жестких руслах. Анализ значений модельных коэффициентов шероховатости для переходных участков. Условия, от которых зависит коэффициент гидравлического трения.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.03.2019 |
| Размер файла | 17,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Водопропускные гидротехнические сооружения относятся к числу наиболее изученных объектов с точки зрения их моделирования. В частности, хорошо известны правила моделирования потоков со свободной поверхностью при наличии заметных вертикальных компонент скорости.
Они сводятся к соблюдению следующих требований:
Модель должна иметь естественные (неискаженные) линейные масштабы.
Поскольку течение жидкости со свободной поверхностью определяется силами тяжести, модели сооружения должны иметь масштабы, удовлетворяющие условию подобия по числу Фруда.
Для избежания масштабных эффектов модель должна быть достаточно большой. Это означает, что геометрический масштаб должен быть заключен в пределах 1/15 1/60. Для достижения геометрического подобия, как правило, не обязательно выдерживать масштаб шероховатости, необходимо лишь поверхность модели выполнять возможно более гладкой.
Режим движения на модели должен быть турбулентным, а зона сопротивления - квадратичной. При этом влияние числа Рейнольдса на потери на трение можно игнорировать, а считать, что они определяются лишь формой элементов шероховатости. Тогда коэффициент гидравлического трения не зависит от числа Рейнольдса и оказывается постоянным для каждого типа относительной шероховатости.
Определение зоны квадратичного сопротивления для потоков со свободной поверхностью в жестких руслах производится по предложению ряда исследователей по критериям, вид которых представим в форме
Рассел ;
Чоу .
Существуют и другие предложения. Здесь V - средняя скорость;
R - гидравлический радиус ; S - площадь живого сечения; - смоченный периметр; - кинематическая вязкость.
Для равномерных открытых потоков при квадратичной зоне сопротивления применима формула Шези
, (1)
где - коэффициент Шези по Маннингу; n - коэффициент шероховатости по Маннингу; i0 - продольный (гидравлический) уклон.
Формулу (1) можно записать в виде
. (2)
Отсюда для соотношения средних скоростей на модели и в натуре получим выражение
гидравлический шероховатость квадратичный
, (3)
где mV - масштаб скорости.
Исходя из необходимости обеспечения подобия по числу Фруда при постоянном вертикальном и горизонтальном линейных масштабах, получим
. (4)
При этих условиях, очевидно, должно удовлетворяться требование
. (5)
Тогда приравнивая правые части выражений (3) и (4), полагая возможным считать масштабы гидравлических радиусов равными геометрическому масштабу, разрешая полученное равенство относительно соотношения коэффициентов шероховатости, получим в итоге, что
. (6)
К этому же результату можно прийти еще двумя путями. Действительно, если исходить из требования достижения геометрического подобия элементов шероховатости для модели и натуры, то есть если потребовать выполнение условия
, (7)
где - высота выступов шероховатости и принять во внимание результаты, полученные Штриклером и Чангом, согласно которым коэффициент n пропорционален в степени одна шестая, то получим
. (8)
наконец, третий путь заключается в использовании формулы Шези
.
Из этого выражения при моделировании по Фруду должно быть
. (9)
Таким образом, для правильного воспроизводства на модели течения турбулентного потока со свободной поверхностью при квадратичном сопротивлении, необходимо:
а) обеспечить условие Fr = idem;
б) обеспечить условие Рассела или Чоу;
в) обеспечить геометрическое подобие модели и натуры;
г) обеспечить удовлетворения шероховатости любому из трех соотношений (6), (7) или (9).
При моделировании по Фруду масштаб расхода оказывается равным
, (10)
где m - геометрический масштаб.
Поскольку моделирование рассматриваемых течений требуется выполнить по Фруду, то для удовлетворения этому критерию необходимо, чтобы расходы на модели были определены из соотношения
. (11)
Тогда их значения для моделей труб разных диаметров будут равны приведенным в табл. 1.
Таблица 1. Значения расчетных расходов для модели при диаметре модельной трубы dM = 20 см
|
dH, (м) |
1,5 |
3,0 |
6,0 |
10,0 |
13,0 |
|
|
dM, (м) |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|
|
(Qp)H, м3/с |
6,9 |
44,0 |
120 |
120 |
120 |
|
|
(Qp)M, л/с |
45 |
50 |
24 |
6,8 |
3,5 |
|
|
(ReR)M |
143000 |
161000 |
56870 |
41350 |
25650 |
Из табл. 1 следует, что на моделях течение жидкости происходит при заведомом соответствии условиям Рассела и Чоу.
Если предварительно принять за модельную трубу диаметром 20 см, то геометрические масштабы для натурных труб составят величины согласно данным табл. 2.
Таблица 2. Значения модельных параметров
|
d, м |
Г, мм |
aГ, м |
М, мм |
aМ, мм |
nМ |
|||
|
1,5 |
51 |
152 |
1/7,5 |
6,8 |
20,3 |
0,71 |
0,021 |
|
|
3,0 |
51 |
152 |
1/15 |
3,4 |
10,1 |
0,64 |
0,019 |
|
|
6,0 |
51 |
152 |
1/30 |
1,7 |
5,0 |
0,57 |
0,017 |
|
|
10,0 |
51 |
152 |
1/50 |
1,0 |
3,0 |
0,52 |
0,016 |
|
|
13,0 |
51 |
152 |
1/65 |
0,8 |
2,3 |
0,50 |
0,015 |
Для переходного участка из бетонных секций с натурным коэффициентом шероховатости nH = 0,015 получим, соответственно, при масштабах моделирования значения, приведенные в табл. 3.
Таблица 3. Значения модельных коэффициентов шероховатости для переходных участков
|
m |
1/7,5 |
1/15 |
1/30 |
1/50 |
1/65 |
|
|
nm |
0,0085 |
0,0077 |
0,0068 |
0,0062 |
0,0060 |
Полученные данные свидетельствуют о том, что модельные объекты должны иметь значительно меньшие величины коэффициентов шероховатости. Натурные трубы с гофрами 152Ч51 мм могут быть заменены обычными трубами, имеющими указанные в табл. 2 значения коэффициентов шероховатости.
Однако представляется целесообразным использовать модельную трубу с геометрически подобной и удовлетворяющей геометрическому масштабу гофрированной поверхностью.
Что касается входного участка, то для него требовался бы подбор возможно более гладкого материала (как это следует из табл. 2 и рекомендаций в), однако в виду малости их длины и преобладания потерь от волнообразований и деформаций бурного потока, моделирование их шероховатости (кроме упомянутого условия) дополнительных обоснований не требует.
Дополнительно отметим, что течение бурного потока по поверхности с искусственной шероховатостью (к которой относятся гофрированные поверхности) можно отнести к разряду равномерного лишь при соотношениях высоты шероховатости aГ (гофра) и глубины потока (над гофром) h, удовлетворяющему условию
3. (12)
Список литературы
1. Алтунин В.И. Гидравлические исследования гофрированных труб // Транспортное строительство. 1977. № 3. С. 43-46.
2. Алтунин В.И. Гидравлическое сопротивление гофрированных труб // Гидротехническое строительство. 1977. № 9. С. 32-35.
3. Алтунин В.И. Гидравлические исследования сооружений с гладкими гофрированными трубами: автореф. дис. …канд. техн. наук. М.: МГМИ, 1977. 24 с.
4. Высоцкий Л.И. Управление бурными потоками на водосбросах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 240 с.
5. Высоцкий Л.И., Изюмов Ю.А., Высоцкий И.С. Элементы водоотведения на автомобильных дорогах. СПб.: Лань, 2015. 192 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Построение кривой свободной поверхности. Напорное и безнапорное движение грунтовых вод. Взаимосвязь скорости фильтрации и гидравлического уклона. Построение депрессионной кривой движения грунтовых вод. Определение параметров водопропускного сооружения.
контрольная работа [804,3 K], добавлен 23.11.2011Химические, механические, тепловые методы воздействия на призабойную зону скважин. Факторы, от которых зависит проницаемость и рост фильтрационной корки. Зоны кольматации пласта. Форма загрязнения вокруг вертикального и горизонтального ствола скважин.
презентация [2,3 M], добавлен 16.10.2013Сель как грязевой или грязекаменный поток, внезапно формирующийся в руслах горных рек, основные причины и условия его возникновения и последствия. Классификация селевых потоков по составу переносимого твердого материала. Как подготовиться к селю.
реферат [14,1 K], добавлен 02.06.2010Классификация безнапорных потоков, форма и размеры профиля непризматических и призматических русел. Условия равномерного безнапорного движения. Уравнение Бернулли для открытого потока. Гидравлически наивыгоднейшее сечение канала и расчетные скорости воды.
реферат [694,8 K], добавлен 21.12.2009Литолого-стратиграфическая характеристика разреза. Cеноманская и неокомские залежи. Приток газа к несовершенным скважинам при двучленном законе фильтрации. Определение давлений и расхода газа. Определение коэффициентов фильтрационного сопротивления.
курсовая работа [216,7 K], добавлен 12.03.2015Общие сведения о населенном пункте. Создание геодезического обоснования на территории поселений. Межевание земель и способы определения площадей земельных участков. Методы и приемы проектирования участков. Способ полигонометрического (теодолитного) хода.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 13.03.2011Поиск нефти и газа на больших глубинах. Исследование геофизических полей в жестких термодинамических условиях с большей анизотропией среды. Зоны фазовых переходов (очаги возбуждения). Методы картирования источников углеводородов. Геофизический мониторинг.
презентация [9,4 M], добавлен 28.11.2014Характеристика и текущая стадия разработки Ельниковского месторождения. Выбор и обоснование применения гидравлического разрыва пласта для условий месторождения. Факторы, определяющие эффективность гидроразрыва пласта, расчет прогнозируемых показателей.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 23.08.2008Топографические материалы как уменьшенное спроецированное изображение участков земной поверхности на плоскость. Знакомство с видами топографических карт и планов: основные, специализированные. Характеристика поперечного масштаба. Анализ форм рельефа.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 11.10.2013Составление системы углов уравнения связи, матрицы коэффициентов условных уравнений поправок. Расчет вектора свободных членов, приближенных и измеренных значений параметров. Оценка точности. Принятие истинных значений отметок определенных реперов.
практическая работа [52,8 K], добавлен 15.02.2015Анализ алгоритмов построения прогнозной кинематической модели деформации сооружения. Оценка ассиметрии распределения значений случайной величины осадки в сечении. Формула исследования вариации. Методика прогнозирования значений осадки конкретных марок.
контрольная работа [207,2 K], добавлен 19.03.2012Взаимодействия потока, русла, транспортных сооружений. Основные гидрологические характеристики водных потоков, методы их определения, гидравлические расчёты. Движения наносов и русловые процессы. Методы инженерных гидрометрических изысканий на водотоках.
контрольная работа [42,9 K], добавлен 30.04.2011Краткий географо-экономический очерк Приобского нефтяного месторождения. Условия формирования основных продуктивных горизонтов. Методы геофизического исследования. Временные интервалы регистрации спектров неупругого рассеяния и радиационного захвата.
дипломная работа [4,9 M], добавлен 24.01.2013Обоснование нормативной точности определения координат характерных точек границ земельного участка. Определение площадей земельных участков при ведении Единого государственного реестра земель. Ошибки оформления в графической части межевого плана.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 07.01.2015Характеристика территориального зонирования и функционального использования, обоснование выбора участков исследования. Транспортно-пешеходная система: интенсивность движения, напряжённость транспортных узлов, развитие инфраструктуры системы обслуживания.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 24.05.2009История развития методов определения возраста Земли. Методы восстановления физико-географической обстановки прошлых эпох и движений земной коры. Фациальный анализ морских и континентальных отложений. Анализ геологических и палеогеографических карт.
реферат [22,8 K], добавлен 24.05.2010Общие положения по созданию топопланов масштаба 1:5000. Порядок изучения материалов аэрофотосъёмки и полевых топографо-геодезических работ. Фотограмметрическое сгущение опорной сети. Особенности изготовления фотопланов и камеральное дешифрирование.
реферат [29,9 K], добавлен 06.06.2013Геолого-физическая характеристика Мало-Балыкского месторождения. Анализ выработки запасов нефти. Описание технологии проведения гидравлического разрыва пласта. Расчет дополнительной добычи нефти, показателей оценки экономической эффективности ГРП.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 22.01.2014Проблема рационального использования земельных ресурсов при проведении земельных реформ в сельском хозяйстве. Исходный критерий при установлении границ земельных участков. Определение допустимых погрешностей при измерении длин линий и углов при межевании.
статья [19,0 K], добавлен 08.06.2015Система автоматизации установки предварительной очистки нефти: структура и взаимодействие элементов, предъявляемые требования, обоснование выбора датчиков и контроллерного средства. Проектирование системы управления установки, расчет надежности.
дипломная работа [480,3 K], добавлен 29.09.2013
