CC BY
28
Арифжанов А.М.1,Фатхуллаев А.М.2,Ахунджанов Д.Г.3 ©
1Д.т.н., проф., Ташкентский институт ирригации и мелиорации; 2к.т.н., доц., Ташкентский ирригационные и мелиорационный институт; 3магистр,Ташкентский архитектурные строительные
институт
ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ ПО ГЛУБИНЕ ПОТОКА В ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ
Аннотация
В статье рассматривается формирования поля скоростей в оросительных каналах. Дается анализ предложенной зависимости на основе натурных данных.
Ключевые слово: поток, глубина, турбулентность, скорость, канал. Keywords: the flow, depth, turbulence, velocity, channel.
Поиск закономерностей формирования поля скоростей в открытых водных потоках остается одним из важных задач при оценке кинематической структуры потока. Более правильное построение профилей скоростей требует использование различных гипотез и подходов. Поиск новых направлений в этом аспекте остается перспективным в определении распределения осредненной скорости по глубине потока, что является основой для оценки сопротивления движению потока в русле.
В процессе исследования движения жидкости было предложено множество формул эмпирического или полуэмпирического характера для расчета распределения скорости по сечению потока и в исследовании этого явления достигнуты определенные успехи [1; 2; 3; 4 и др.].
Существующие формулы, определяющие распределение скорости по глубине потока, можно отнести к одному из следующих типов: параболическому, логарифмическому, показательному (степенному) и эллиптическому.
В наиболее упрощенном виде эти формулы выражаются в виде:
да 2 -параболический; (1)
u = u--u (1 -h )
max с c \ I /
V -логарифмической; (2)
U = U max + Y 1nh
u = u *h x -степенной; (3)
max I
u = umaJl - ph 2 -эллиптической; (4)
umax - поверхностная скорость; u - местная скорость;
Uс -средняя скорость по вертикали; V2 - динамическая скорость;
С - коэффициент Шези; h - относительная глубина,
m, X, x, P - соответственно, параметры параболического, логарифмического, степенного и эллиптического профилей скоростей. Эти параметры, в основном, определяются на основе экспериментов и меняются в больших диапазонах. Каждая из этих зависимостей получены на основе различных гипотез и подходов описания структуры потока.
Подробный анализ теоретических предпосылок формул распределения скоростей рассматривается в работах [1; 2; 4; 7 и др.].
Анализ работ, посвященных разработке поля скоростей показывает, что очень важным моментом при описании формирования распределения скоростей по глубине потока является учет турбулентности потока и взаимодействия потока и ложа русла.
В условиях ламинарного течения, где сопротивления движения обуславливаются только силами молекулярной вязкости, задача распределения скоростей для любой формы линий распределения легко решается теоретически исходя из равенства между сдвигающей силой и удерживающим касательным усилием, пропорциональным вязкости и градиенту скорости сдвига по нормали к поверхности сдвига. Для потоков с турбулентным режимом течения, где основное сопротивление движению создается перемешиванием водных масс с равными скоростями, строгого
©Арифжанов А.М., Фатхуллаев А.М., Ахунджанов Д.Г., 2013 г.
теоретического решения еще нет. Поэтому задача распределения скоростей для турбулентных потоков решается на основе полуэмпирических теорий или непосредственной обработкой экспериментальных данных. В данной работе нами рассматривается формирование поля скоростей, развивая работы [3; 4 и др.]. Тогда турбулентные касательные напряжения запишем в виде:
ёи т< , т = ц — - Ь^иёу (5)
На основе данного подхода составлены системы дифференциальных уравнений движения вязкого турбулентного потока [1; 2; 4; 7 и др.].
В случае одномерного установившегося и равномерного движения жидкости, уравнение движения в оросительных каналах приводится к виду:
т
ё и
ёУ2
Ш = р gi
( 6)
где: р -плотность жидкости, Нуклон, ¿-параметр турбулентности.
Решая уравнение (6), получим следующее выражение для расчета распределения осредненной скорости по глубине однофазного потока
и =
ь
(7)
(7) (2),
с
(3),
другими (4). Это
Нами в качестве сравнительного анализа предложенной формулы существующими зависимостями были использованы эмпирические формулы (1), связано с тем, что указанные формулы получены для условий р. Амударья, а натурные данные были собраны в этих же условиях и близких к ним. Результаты сопоставления натурных данных и расчетных (7) приведены на рис.1, где также показан сравнительный анализ формулы (7) с формулами эллиптического, показательного, параболического и логарифмического профилей. Как видно результаты сравнения указывают на пригодность применения формулы (7) для расчетных целей.
1
Рис.1. Сопоставление расчетных данных, полученных по формулам параболического - 2,
логарифмического - 3, эллиптического - 4, показательного - 5, профилей и по предложенной формуле - 7, натурными - 1 данными
Как показывают результаты анализа, предложенная методика расчета поля осредненной скорости по глубине потока с достаточной точностью может быть использована в инженерных расчетах.
Таким образом, учет турбулентных характеристик потока и взаимодействия потока и русла
позволили нам разработать более универсальную зависимость для расчета формирования поля
скоростей в оросительных каналах.
Литература
1. Гринвальд Д.И, Турбулентность русловых потоков. Гидрометеоиздат, Л., 1974.
2. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел. -С.Петербург.: Гидрометеоиздат, 1992. -133с.
3. Латипов К.Ш, А.М.Арифжанов. Вопросы движения взвесенесущего потока в руслах. - Ташкент: Мехнат, 1994. -110с.
4. Латипов К.Ш. О внутренних напряжениях трения в жидкости. Известия.АНУзССР. Серия техн. наук. -1980. - № 6. С. 43-47.
5. Латипов К.Ш., Арифжанов А.М. О модели движения взвесенесущего потока в руслах// Проблемы механики. - 1996. - № 6. - С. 51-54.
6. Сергутин В.Е., Радюк А.Л. О морфометрии русел и сечении каналов. Красноярск, 1984. - 151с.
7. Арифжанов А.М., Фатхуллаев А.М, Рахимов К.Т. Распределение скоростей при равномерном движении взвесенесущего потока// Узбекский журнал Проблемы механики, Ташкент,2005.- № 2. - С.25-29.
