![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Форма кривых свободной поверхности жидкости зависит от соотношения глубин: (действительная),
(нормальная) и
(критическая). Эти глубины определяются уклонами дна русла
.
На практике встречаются главным образом призматические русла (каналы) с прямым уклоном .
Для исследования форм поверхности используем уравнение (8.31):
;
;
;
. (8.32)
В зависимости от соотношения глубины ,
и
могут быть: кривая подпора
, кривая спада
.
В случае свободная поверхность асимптотически приближается к свободной поверхности при равномерном движении.
Если , свободная поверхность резко поднимается или снижается. В результате увеличения глубины потока возникает гидравлический прыжок, а при резком снижении глубины будет наблюдаться водопад.
При свободная поверхность асимптотически приближается к горизонтальной прямой.
Рассмотрим в канале с прямым уклоном возможные формы свободной поверхности.
При исследовании форм свободной поверхности различают три случая:
1-й случай - ,
;
2-й случай- ,
;;
3-й случай - ,
;.
При неравномерном установившемся движении выделяют следующие три зоны:
зона а - ;
зона b - ;
зона с - .
Случай 1, . На рис. 8.8 показаны зоны неравномерного движения и формы кривых свободной поверхности.
На рисунке линия N-N - линия нормальной глубины, К-К - линия критической глубины.
Рис. 8.8. Формы кривых свободной поверхности при
1. Зона a:
;
;
;
;
.
Тогда согласно уравнению (8.32) . Глубина воды вниз по течению увеличивается, а в русле установится кривая подпора.
При стремлении
;
;
,
следовательно, . Свободная поверхность асимптотически приближается к линии N-N в верхней части потока.
Пусть :
;
;
;
,
тогда , свободная поверхность в нижней своей части приближается к горизонтальной линии.
Рассматриваемая кривая свободной поверхности называется кривой подпора типа , (рис. 8.8).
Эта кривая является наиболее важной с практической точки зрения. В результате устройства в русле преграды (плотины, моста), стесняющей поперечное сечение, глубина вверх по течению возрастает и образуется кривая подпора типа .
2. Зона b:
;
;
;
;
;
,
тогда . Глубина потока в русле по течению понижается, кривая свободной поверхности является кривой спада.
При
;
;
, тогда
.
Кривая свободной поверхности в верхней части асимптотически приближается к линии нормальной глубины N - N.
Пусть :
;
,
тогда . В нижней части кривой в области критической глубины кривая резко снижается и заканчивается водопадом.
Кривая свободной поверхности получила наименование кривой спада типа (см. рис. 8.8).
Кривая спада типа возникает в результате понижения уклона дна канала и устройства перепада в дне русла. Кривая спада может появиться в результате сопряжения канала с отстойником большой ширины.
3. Зона с:
;
;
;
,
тогда согласно (8.32) , следовательно, в призматическом русле установится кривая подпора.
При
;
;
;
,
тогда , следовательно, при малой величине глубины потока кривая свободной поверхности асимптотически приближается к поверхности русла в верхней его части.
Пусть :
;
;
;
,
тогда . Свободная поверхность в нижней части приближается к прямой линии нормальной глубины N - N.
Кривая свободной поверхности называется кривой подпора типа , (см. рис. 8.8).
Кривая подпора , встречается при сопряжении струи воды, ниспадающей с водослива или с порога перепада, с потоком нижнего бьефа при истечении из-под щита. В этих случаях поток жидкости, сопрягающийся с нижним бьефом, находится в бурном состоянии. Вниз по течению глубина возрастает, а кривая подпора типа
, заканчивается гидравлическим прыжком.
Случай 2, . На рис. 8.9 представлены формы кривых свободной поверхности
в зависимости от зон а, b, с.
Рис. 8.9. Формы кривых свободной поверхности при
1. Зона a:
;
;
;
.
тогда , в русле установится кривая подпора.
При
;
;
,
тогда , следовательно, при приближении глубины в русле к критической произойдет резкое уменьшение глубины и может возникнуть гидравлический прыжок в верхней части потока.
Пусть :
;
;
;
,
тогда , свободная поверхность асимптотически приближается к горизонтальной прямой вниз по течению потока.
Кривая свободной поверхности носит название кривой подпора типа (см. рис. 8.9).
Кривая подпора возникает в случае устройства в русле с большим уклоном () преграды в виде плотины, малого моста.
2. Зона b:
;
;
;
,
тогда , в русле установится кривая спада.
При
;
;
;
,
тогда , следовательно, если
, в верхней части потока резко возрастает глубина. Кривой свободной поверхности предшествует водопад.
Пусть :
;
;
;
,
тогда .
Если глубина внизу потока приближается к нормальной глубине , кривая свободной поверхности асимптотически приближается к прямой линии нормальной глубины N - N. Кривая свободной поверхности называется кривой спада типа
(см. рис. 8.9).
Кривая спада может встречаться при сопряжениях русла, имеющих разные уклоны. До сопряжения уклон русла , после
. Возможно получение кривой при истечении из-под щита жидкости в призматическое русло с уклоном
.
3. Зона с:
;
;
;
,
тогда , следовательно, глубина вдоль потока увеличивается, возникает кривая подпора.
При
;
;
,
тогда . Кривая свободной поверхности асимптотически приближается к поверхности дна русла в верхней его части.
Пусть :
;
;
;
,
тогда , следовательно, кривая свободной поверхности в нижней своей части стремится к прямой линии нормальной глубины N - N.
Полученная кривая свободной поверхности - кривая подпора типа .
Кривая подпора типа может иметь место при истечении из-под щита в русло с большим уклоном (
), а также при сопряжении русел, имеющих уклоны
, а уклон дна первого больше уклона второго:
.
Случай 3, . На рис. 8.10 представлены кривые свободной поверхности для русел с уклоном дна
, когда
.
Рис. 8.10. Формы свободной поверхности при
1. Зона a:
;
;
;
,
тогда . Глубина потока возрастает по течению, имеет место кривая подпора.
При
;
;
;
,
тогда . Свободная поверхность вверх по течению потока близка к горизонтальной прямой.
При
;
;
;
,
тогда .
В нижней части потока кривая свободной поверхности имеет асимптоту N - N.
Кривая свободной поверхности называется кривой подпора типа (см. рис. 8.10).
Кривая подпора типа может встречаться при сопряжении призматического русла с водохранилищем.
2.
Нормальная глубина равна критической
, следовательно, линии N - N и К - К совпадают. Поэтому кривой свободной поверхности типа
не будет, так как отсутствует зона b.
3. Зона с:
;
;
;
,
тогда . Глубина воды в русле по течению увеличивается, следовательно, имеем кривую подпора.
При
;
;
;
,
тогда . В верхней части кривая свободной поверхности имеет асимптоту N - N.
Пусть :
;
;
;
,
тогда . Свободная поверхность вниз по течению близка к горизонтальной прямой.
Кривая свободной поверхности - кривая подпора типа (см. рис. 8.10).
Кривая подпора типа может иметь место при истечении из-под щита, когда уклон дна русла
. Кроме того,
может быть при сопряжении русел, когда уклон первого русла
, а второго
.
Дата публикования: 2015-09-17; Прочитано: 1000 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!