Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Технические arrow Детали машин arrow
Гидравлическое обоснование конструкции объёмной полимерной георешётки с крупнозернистым заполнителем

Обзор способов и особенностей оценки параметров гидравлического сопротивления водотоков с повышенной шероховатостью

Применение первого способа оценки значения шероховатости Л привлекла внимание ряда ученых. Еще в 50-ых годах 19-ого века на основе опытов Дарси-Базена было получено, что значение коэффициента гидравлического сопротивления зависит от высоты неровностей, которые характеризуют степень шероховатости водотока. В настоящее время в большей мере экспериментально изучена степень влияния на поток искусственно сформированной шероховатой поверхности из уложенных в один слой зерен песка или гравия определенной крупности. Но даже для этого крайне простого случая вопрос о том, что именно нужно принимать за величину выступов шероховатости Л, является окончательно нерешённым.

Для оценки величины активной части выступов зернистой шероховатой поверхности используют два основных подхода [15]: - в расчетных формулах для коэффициента Шези С или коэффициента гидравлического трения А за величину шероховатости принимается средний диаметр частиц A=D50o/„; - высота выступов принимается равной половине среднего диаметра зерен A=0,5D50o/„.

Также в практике известны и частные случаи. Например, согласно исследованиям В.Н. Гончарова [22], если зерна не закреплены на дне водотока, и поток сам формирует своё русло, то расчетная высота выступов может определяться по формуле A=0,7D5%, где D5% - диаметр крупных зерен материала, процентная доля которых ко всему объёму материала равна 5%. По исследованиям М.М. Овчинникова [55] при тех же условиях: A=0,645D5%.

Эквивалентная равномерно-зернистая шероховатость Лэ - это высота выступов частиц грунта одинакового размера, оказывающих то сопротивление водному потоку, которое равно действительному сопротивлению исследуемой шерохова 68 той поверхности. Таким образом, эквивалентная равномерно-зернистая шероховатость э устанавливается не измерением высоты выступов, а в результате гидравлических исследований и является условной (фиктивной) величиной. Для определения значений э используются различные методы, описанные в технической литературе [23 и др.].

Из имеющейся нормативной литературы выделим рекомендации ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева по расчёту местных размывов русел, сложенных из нескальных грунтов, за креплениями средненапорных водосливных плотин, величина э для водотоков, сложенных камнем, определяется по графику, представленному на рис. 2.8 [70].

Отметим, что любой из существующих методов по оценке величины эквивалентной равномерно-зернистой шероховатости э имеет недостатки. Во-первых, за основу расчётов принимаются результаты лабораторных исследований, которые содержат в себе некоторые погрешности из-за условий постановки эксперимента; во-вторых, при таком способе оценки приходится пользоваться специальными таблицами и графиками, разработанными авторами зависимостей.

Как было отмечено ранее, при проведении исследований многие авторы наблюдали разницу в полученных параметрах гидравлического сопротивления шероховатого водотока по мере изменения состояния потока от спокойного до бурному. В частности, в работах А.П. Сидорова [76], А.Я. Слободкина [77], В.И. Полтавцева и В.И. Ефремова [62], занимавшихся исследованиями водотоков с повышенной шероховатостью при - 10, данному вопросу было уделено особое внимание. При этом степень бурности потока напрямую будет зависеть от уклона поверхности рассматриваемого водотока. Автор Г.А. Раскопин [69], исследовав высокотурбулентные потоки в лотке с усиленной шероховатостью, отметил, что коэффициент Шези начинает зависеть от уклона дна при уклонах і 0,12. Другой автор О.М. Айвазян [2] на основе обширных исследований быстротоков с повышенной шероховатостью при различных уклонах і = 0,0512… 0,57 пришёл к выводу, что коэффициент гидравлического сопротивления может изменяться в определённом диапазоне значений. Исследователи А.Д. Альтшуль и А.М. Пуляевский пришли к заключению, что значение коэффициента гидравлического сопротивления зависит от числа Фруда Fr потока [5]. Также А.М. Калякин [40] при проведении исследований бурных потоков при - = 1,17… 1,57 пришёл к аналогичному выводу, что числа Фруда оказывают влияние на параметры гидравлического сопротивления.

Помимо оценки величины , особую роль следует уделять правильному выбору положения плоскости отсчёта глубин, которая, в свою очередь, определяет площадь живого сечения водного потока в каком-либо рассматриваемом створе, а также гидравлический радиус створа. В порах между элементами шероховатости возникают области, в которых вода, частично находясь во вращательном движении, в определённой степени участвует в формировании общего расхода воды. Следовательно, можно определить положение плоскости, ниже которой расход воды становится практически равным нулю. Такую плоскость называют плоскостью отсчёта глубин или гидравлическим дном, от которого следует отсчитывать глубину потока, что подтверждается целым рядом исследований. В работе Г.В. Железнякова [30] подробно описано и проанализировано несколько наиболее применимых способов определения положения гидравлического дна водотоков:

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
Гидравлическое обоснование конструкции объёмной полимерной георешётки крупнозернистым заполнителем