Установившееся неравномерное движение взвесенесущего потока в верхнем бьефе гидроузла Текст научной статьи по специальности «Физика»

1 2 3 4 ©

Арифжанов А.М. , Фатхуллаев А.М. , Самиев Л.Н. , Косимов И.

1Д.т.н., проф., Ташкентский институт ирригации и мелиорации; 2к.т.н., доц., Ташкентский ирригационные и мелиорационный институт; 3с.н.с., Ташкентский ирригационные и мелиорационный институт; 4магистр, Ташкентский архитектурные

строительные институт

УСТАНОВИВШЕЕСЯ НЕРАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ВЗВЕСЕНЕСУЩЕГО ПОТОКА В ВЕРХНЕМ БЬЕФЕ ГИДРОУЗЛА

Аннотация

В данной статье рассматривается неравномерное движение потока в верхнем бьефе гидроузла на канале и влияние неравномерного движения на распределение взвешенных частиц наносов. Дается анализ предложенной зависимости на основе натурных данных.

Ключевые слово: Расход, равномерное и неравномерное движение, глубина, скорость, канал, мутность.

Keywords: Consumption, even and uneven motion, depth, velocity, channel, turbidity

Существует много факторов, влияющих на появление неравномерного движения в естественных руслах рек, в которых не сохраняется постоянным ни длина, ни форма и величина поперечного сечения, в отличие от равномерного движения, так как для изменения этих условий достаточно небольшое отложение наносов, размыв участка русла, зарастание русла водорослями и т.п. Особенно сильные изменения в режим естественных потоков вносят разнообразные искусственные сооружения, на них воздвигаемые, гидротехнические сооружения - гидроузлы различных назначений, перепады, шлюзы, быстротоки, в которых как правило, устанавливается неравномерное движение.

В данной статье рассматривается неравномерное движение потока в верхнем бьефе гидроузла на канале и влияние неравномерного движения на распределение взвешенных частиц наносов.

В случае неравномерного движения, притом установившегося, которое обусловлено необходимостью постоянства расхода Q, скорость будет величиной переменной и,

следовательно, должно также изменяться вдоль направления потока и его живое сечение.

В рассматриваемом случае средняя скорость является основным параметром и удобно характеризует движение взвесенесущего потока и определяется следующим образом:

* = Q

w

Расход взвесенесущего потока Q] состоит из расхода твердого стокаQ2

Q 2 = SQ1

жидкости-Q

и расхода

где: s- концентрация взвешенных частиц.

Q 2 = Q1(1 - s )

При малых значениях концентрации взвешенных частиц:

Q = Q1

Уравнение неравномерного движения жидкости в существующих работах [1,3 и др.] выводится на основе известного уравнения Д.Бернулли.

© Арифжанов А.М., Фатхуллаев А.М., Самиев Л.Н., Косимов И., 2015 г.

dQ

При установившемся неравномерном движении ( —

0), глубина H, ширина русла и все другие характеристики потока

в, площадь живого сечения ш, средняя скорость жидкости изменяются по длине.

Для двух сечений, расположенных на бесконечно близком (dl) расстоянии друг от друга, уравнение Бернулли может быть представлено в дифференциальной форме

следующего вида:

A(aJ \

dH d(~2g~)

dH

dl

dl

+ ■

dl

+ ■

dh

Lf

dl

где: — - изменение уровня по длине потока;

d(-

aJ

2д“

dhf

dl

- приращение скоростного напора;

~dj- - потеря энергии по длине dl, которую можно записать через гидравлический уклон, при медленно изменяющемся движении:

J

dhf

dl

Рассмотрим смысл каждого из членов уравнения:

dH dh

dl

= - \i

dl)

(2)

где: I —уклон дна русла. Имея в виду, что

,,aJ л аг aQ2 Л d( 2д ) d(2g^2')

dl dl

Площадь живого сечения изменяется по длине и поэтому является функцией двух переменных h и b, которые также изменяются по длине, получим.

d(^)

у2д о 2У

aQ2 ,d# dh . d# dbN

-( — + —)

3\Hh HI ЛЬ HI'

(3)

dl g#3Xdh dl ' db dl'

Для условий неравномерного движения гидравлический уклон зависит от интенсивности изменения режима движения.

Для плавно или медленно изменяющегося движения его можно приравнять к уклону равномерного движения:

Q2

J = ■

(4)

c2#2R

где: С- коэффициент Шези; R-гидравлический радиус.

Подставляя (4), (3), (2) в (1), дифференциальное уравнение неравномерного движения запишем в виде:

aQ2 fd#dh , d# db\ , Q2 чdh

dh ^ aQ2 *d# dh + d# db) + Q2 = 0

dl a#3 *dh dl db dl) #2c2R

g#3 \dh dl db dlj ' #2c2R

В работах [3,4] была предложена следующая зависимость для распределения мутности по длине при неравномерном движении потока:

(5)

определения

S = S

( '2

v® J

exp<j - D f sin am2 dx i

l Q2 f I

(6)

где : D - параметр, характеризующий движение взвешенных частиц в потоке:

D

/ \ 3

3g(Рт - Р) I d л

2 рт

d

S0, (о - соответственно, мутность и живое сечение потока в начальном створе;

0

)

x

P, Pt -соответственно, плотность жидкости и твердой частицы;

d - диаметр взвешенных частиц.

Решение уравнения (6), требует описания характера изменения живого сечения вдоль потока. Предполагая изменение ширины русла не существенным и изменение живого сечения связано только с изменением глубины потока, принимаем следующую расчетную схему при:

i > о: h0 > hKp

Рис.1. Расчетная схема неравномерного движения потока

Согласно принятой расчетной схеме, определяя глубину потока по формуле (5), определяем площадь живого сечения потока в каждом рассматриваемом створе. Используя уравнение (6) и подставляя значение живого сечения, определяем распределение мутности по длине потока. Для удобства расчеты выполняются на ЭВМ, для чего разработана расчетная программа.

Для оценки предложенной методики распределения мутности по длине потока были проведены натурные исследования на канале Миришкор в Кашкадарьинской области республики Узбекистан. В таблице приводятся результаты натурных измерений и расчетных данных. Процент отклонения расчетных и измеренных данных составляет 6-8 %, что подтверждает сходимость расчетных и измеренных данных.

Таблица 1

Изменение гидравлических параметров потока и мутности по длине

L, м 0 200 400 600 800 1000 1200

Ни, м 3 3,2 3,25 3,28 3,36 3,37 3,5

Нр,м 3 3.15 3,2 3,25 3,35 3,4 3,45

Sh, кг/м3 0,3 0,26 0,22 0,19 0,12 0,1 0,09

8рс., г/м3 0,3 0,24 0,19 0,16 0,14 0,12 0,12

Таким образом, предложен новый подход в определении распределения мутности по длине потока при установившемся и неравномерном движении потока.

Литература

1. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. М. Энергоаатомиздат,1984. -640 с.

2. Арифжанов А. Фатхуллаев А. Динамика взвесенесущего потока в руслах. Ташкент. Фан. 2014. -155с.

3. Рабкова Е.К. Проектирование и расчет оросительных каналов в земляном русле. М. - 1980г.-252с.

4. Арифжанов А.М., Метод расчёта распределения частиц наносов в руслах переменного сечения// Гидротехническое строительство, 2004. №4, 50-54с.