Диссертация (1141455), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Неточные предположения и приближенные методы интегрирования могут приводить к значительным погрешностям, существенно влияющим на результаты прогнозирования затопления прирусловых территорий, что требует дальнейшего уточнения расчетных методов.Результаты, полученные для течений в недеформируемых руслах, могут бытьполезны для оценочных расчетов речных потоков при незначительных русловыхдеформациях.Таким образом, диссертационная работа является актуальной, как в научном,так и в практическом плане.Степень разработанности темы исследований. Основные закономерноститурбулентного течения по распределению скоростей, гидравлическому сопротивлению, характеристикам турбулентности в трубах, каналах и пограничных слояхбыли установлены рядом отечественных и зарубежных ученых: Ж.
Буссинеском,Л. Прандтлем, Т. Карманом, И. Никурадзе, Дж. Тейлором на основе ограниченных экспериментальных данных, полученных с использованием несовершеннойтехники того времени. Дальнейшее развитие теории турбулентных течений и измерительной техники позволили Г. Эйнштейну, А.Н.
Колмогорову, А.С. Монину,М.Д. Миллионщикову, Л.Д. Ландау, В.Н. Гончарову, М.А. Великанову, Б.А. Фидману, В.К. Дебольскому, К.В. Гришанину, В.М. Лятхеру, Дж. Лауферу, Ж. КонтБелло и др. получить ряд данных, дополняющих предыдущие результаты. Важные практические решения были получены М.Р. Петриченко в области тепломас-7сопереноса, В.С. Боровковым, Ю.М. Косиченко, В.Л. Снежко в области гидравлики трубопроводов и каналов.Современные представления о механизме турбулентности базируются натеории Л.Прандтля, использование которой позволило получить логарифмическоераспределение скоростей в турбулентном потоке. Эта теория содержит ряд априорных предположений, не отвечающих современным данным.Исследования структуры турбулентных течений с использованием лазерныхдопплеровских измерителей скорости, термоанемометров и техники водородныхпузырьков выявили заметное несоответствие их с классическими распределениями скоростей, которые вошли в фундаментальные работы и учебники по гидравлике.
Эти расхождения потребовали более детальных и целенаправленных экспериментов для установления факторов, влияющих на эти расхождения.Цель диссертационных исследований. Развитие теоретических положенийгидравлики, уточняющих распределение скоростей в турбулентном потоке, перенос количества движения и импульса силы трения, характеристик турбулентностипри течении в недеформируемых границах для повышения точности гидравлических расчетов и достоверности гидравлического прогнозирования при проектировании объектов водохозяйственного и гидротехнического строительства и экологического мониторинга водных объектов.Рабочая гипотеза.
Повышение точности и надежности прогнозированиягидравлических характеристик турбулентных потоков может быть достигнутоуточнением фундаментальных принципов и закономерностей гидравлики на основе детальных исследований кинематики, гидравлического сопротивления, турбулентности в их взаимосвязи с использованием расчетно-аналитических, модельных и натурных исследований водных потоков, что позволит дополнить иразвить систему знаний в области гидравлики.Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью и рабочей гипотезой сформулированы следующие задачи диссертационных исследований:81.
Усовершенствовать методы гидравлических расчетов равномерных турбулентных течений при гидравлически гладком и квадратичном режиме сопротивления, в том числе− Уточнение параметров распределения скоростей в гладких и шероховатыхтрубах в зависимости от коэффициента гидравлического сопротивления.− Расчет распределения скоростей в турбулентном потоке с учетом уточнения гипотез о турбулентной вязкости.− Исследования изменений параметров логарифмического профиля скоростив поперечном сечении турбулентного потока.− Исследовать особенности нестационарного течения в пристеночной области (вязком подслое) с учетом перемежаемости.2.
Уточнение модели пристеночного течения и гидравлического сопротивления шероховатой граничной поверхности в переходной зоне.3. Уточнить модель обмена количеством движения на основе феноменологического подхода к расчету интенсивности вертикальных и продольных турбулентных пульсаций скорости.4. Экспериментально исследовать турбулентность открытых, в том числеречных потоков при нестационарном движении.5. Уточнить расчет неравномерного движения в каналах с учетом связи между коэффициентом Шези и коэффициентом Кориолиса.6. Уточнить характеристики неравномерных открытых потоков на основе динамического анализа с использованием экспериментальных данных.Научная новизна исследований.1. Усовершенствованы методы гидравлических расчетов равномерных турбулентных течений при гидравлически гладком и квадратичном режиме сопротивления, в том числе: получены формулы для расчета параметров профилей скорости в гладких и шероховатых трубах; зависимости для распределения скоростейв турбулентном потоке на основе уточненных гипотез о турбулентной вязкости;формулы, учитывающие изменение параметров логарифмического профиля скорости в поперечном сечении турбулентного потока.92.
Разработана модель пристеночного течения с учетом перемежаемости, наоснове которой получены формулы для профиля скорости и гидравлического сопротивления в переходной зоне.3. Получены зависимости для расчета интенсивности вертикальных и продольных турбулентных пульсаций скорости в «ядре потока» на основе уточненной феноменологической модели переноса количества движения.4. Произведен расчет стандартов пульсаций скорости с учетом установленного соотношения между Лагранжевым и Эйлеровым масштабами турбулентности на основе диффузионной модели.5.
Определены статистические, пространственные и частотные характеристики турбулентности речных потоков в условиях нестационарности.6. Выполнен анализ влияния связи между коэффициентом Шези и коэффициентом Кориолиса на характеристики неравномерного движения.7. Получены соотношения, характеризующие турбулентное трение, коэффициенты сопротивления и формы кривых свободной поверхности ускоренных изамедленных неравномерных течений на основе динамического анализа и экспериментальных данных.Теоретическая и практическая значимость исследованийРазработаны методы расчета гидравлических характеристик турбулентныхпотоков в недеформируемых границах, уточняющих ряд базовых положений гидравлики по распределению скоростей и гидравлическому сопротивлению трубопроводов и открытых каналов, обеспечивающих повышение точности и надежности гидравлических расчетов при проектировании гидротехнических сооружений,водопроводящих систем и разработке мероприятий при проведении гидроэкологического мониторинга.Получены данные по статистическим характеристикам крупномасштабной имелкомасштабной турбулентности водных потоков в трубах, каналах и речныхруслах, позволяющие повысить надежность прогнозирования распространенияпримесей в речных потоках.10Выявлены факторы, существенно влияющие на точность гидравлическихрасчетов замедленных и ускоренных неравномерных течений в открытых руслах,получены расчетные зависимости для турбулентного трения, коэффициента сопротивления в переходном режиме.Методология и метод исследований: Повышение достоверности гидравлического прогнозирования при проектировании систем и сооружений различногоназначения и выполнения экологического мониторинга на водных объектах может быть достигнуто уточнением ряда теоретических положений гидравлики пораспределению скоростей в турбулентном потоке, переносу количества движенияи трения, характеристикам турбулентности при равномерном и неравномерномтечении.
Метод исследований – расчетно-аналитический, опирающийся на апробированные гипотезы и модели турбулентных течений в напорных и открытыхпотоках с использованием лабораторных и натурных экспериментальных данных,полученных с использованием новейшего измерительного оборудования и компьютерной технологии обработки данных.Научные положения и результаты, выносимые на защиту1. Усовершенствованные методы гидравлических расчетов равномерныхтурбулентных течений в трубах при гидравлически гладком и квадратичном режиме сопротивления с учетом уточненных распределений скоростей, согласующихся с экспериментальными данными по гидравлическому сопротивлению.2. Формулы для распределения скоростей и гидравлического сопротивленияв переходной зоне на основе предложенной модели перемежающегося пристеночного течения.3.
Зависимости для определения интенсивности вертикальных и продольных турбулентных пульсаций скорости в «ядре потока» на основе уточненной феноменологической модели переноса количества движения.4. Формулы для стандартов пульсаций скорости с учетом установленногосоотношения между Лагранжевым и Эйлеровым масштабами турбулентности наоснове диффузионной модели.115. Статистические, пространственные и частотные характеристики турбулентности речных потоков в условиях нестационарности.6.
Количественная оценка влияния связи между коэффициентом Шези и коэффициентом Кориолиса на точность расчетов неравномерного движения в открытых каналах.7. Соотношения для турбулентного трения, коэффициентов сопротивленияи форм кривых свободной поверхности для ускоренных и замедленных неравномерных течений на основе динамического анализа.Степень достоверности и апробация результатов.Результаты диссертационной работы, основанные на применении расчетноаналитических и экспериментальных методах исследования, подтвержденныемногочисленными данными отечественных и зарубежных авторов, прошли широкую апробацию, были опубликованы в 59 научных статьях, в том числе 35 в журналах рекомендованных ВАК, в 1-й монографии.Результаты исследований были доложены и получили положительную оценку на 13 научных конференциях: 1.
Заочный научно-технический симпозиум, Москва, МГСУ, 1998; 2. Вторая научно-практическая конференция молодых ученых,аспирантов, докторантов, Москва, МГСУ, 1999; 3. Международный симпозиум«Гидравлические и гидрологические аспекты надежности и безопасности гидротехнических сооружений», Санкт-Петербург, 28 мая – 1 июня 2002; 4. Научнопрактическая конференция – выставка «Современные приборы, оборудование итехнологии, применяемые в строительстве, инженерных изысканиях, обследовании сооружений и обеспечении качества работ, Москва, 2002; 5. Международнаянаучно-теоретическая конференция, Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2004; 6. 10-йМеждународный симпозиум по речным наносам (10-th ISRS), Москва, Россия,2007; 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
