Неравномерное движение жидкости

Неравномерное движение жидкости

5.1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НЕРАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ

5.1.1. Общая характеристика неравномерного движения

Ранее было  дано  определение   неравномерного   движения жидкости как  движения,  при  котором  живое  сечение потока и средняя скорость изменяются  по  длине  потока.  Неравномерное движение в   открытых  руслах  при  постоянном  расходе  будет наблюдаться в тех случаях,  когда по длине  потока  изменяются размеры и  форма поперечного сечения потока,  продольный уклон дна или шероховатость стенок русла. При неравномерном движении ширина или  глубина потока,  или одновременно и то и другое по длине этих русел являются величинами переменными.

Неравномерное движение   жидкости   может  происходить  в призматических и  непризматических   руслах.   Призматическими называются такие  русла,  форма  и размеры поперечного сечения которых не изменяются по длине. При неравномерном движении в призматических руслах по длине потока изменяется глубина  течения. 

Свободная поверхность  потока  при неравномерном движении имеет криволинейное очертание. След от пересечения вертикальной плоскости,   проведенной   по   оси   потока   (в призматическом русле), со свободной  поверхностью  называется кривой свободной  поверхности. Целью  расчета неравномерного движения жидкости является определение состояния потока,  его глубин в  различных  сечениях  и  построение  кривой свободной поверхности.

Рис.  1.1

Примеры неравномерного движения:                                                          

Рекомендуемые материалы

а) движение   воды   в   верхнем   бьефе   водоподпорного сооружения (плотины) (рис. 1.1,а). Это движение характеризуется увеличением глубины потока  в  направлении   движения   жидкости.   Кривая свободной поверхности в этом случае называется кривой подпора.

б) движение воды в канале, уклон дна которого возрастает  (рис.1.1,б). В этом   случае  глубина  потока  уменьшается  по  направлению движения жидкости,  кривая  свободной   поверхности   жидкости называется кривой спада.

5.1.2. Основное уравнение неравномерного движения

Рассмотрим участок русла длиной  l   и уклоном дна  I_o ,  вода в котором      движется   в  условиях  неравномерного плавноизменяющегося движения, образуя вогнутую кривую подпора  (рис. 1.2).

Основное уравнение неравномерного плавноизменяющегося движения жидкости записывается в следующем виде  

.

При заданном  расходе  Q,  известной форме призматического русла, а также уклоне дна  I_o и коэффициенте шероховатости n это уравнение  связывает  между собой три переменных (по длине потока) величины: глубины потока  h₁ и h₂  на границах участка и длину участка l . Если  известны  две  из  них,  из  основного уравнения можно определить  третью.

В лекции "12. География теплоэнергетики России. Размещение крупнейших теплоэлектростанций." также много полезной информации.

Рис. 1.2

Например,  если  известна глубина  потока  в конце  участка h₂  и длина  участка l , то методом подбора  можно  определить  глубину потока h₁ в начале участка. (Напомним,  что  при  заданной  форме призматического русла площадь живого сечения w является однозначной функцией глубины h).

Однако, если известны глубины h₁ и h₂ , то  длина участка l определяется из основного уравнения непосредственно.

Используя  последнее  уравнение,  можно  по точкам построить  кривую свободной поверхности.  Если известны глубины потока в начале и в конце участка h₁  и h₂, то, задаваясь несколькими промежуточными значениями глубин h_а, h_б, h_в (рис. 1.3), вычисляют расстояния между парами промежуточных  глубин  и  по полученным точкам строят кривую свободной поверхности. При этом точность вычислений повышается с увеличением числа промежуточных точек.  Хотя  при  этом  возрастает объем вычислений,  при современной вычислительной технике это не является проблемой.

Рис.  1.3