Параметры неравномерного движения жидкости в открытых руслах

Неравномерное плавно изменяющееся дви­жение жидкости является значительно более распростра­ненным по сравнению с равномерным.

Неравномерное движения жидкости определяется как движение, 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.

Неравномерное движение жидкости может происходить в призматических и непризматических руслах. Призматическими называются такие русла, форма и размеры поперечного сечения которых не изменяются по длине. Примерами русел призматической формы являются каналы трапецеидального сечения с постоянной шириной по дну и постоянным заложением откосов, дорожная труба прямоугольного, круглого или другого сечения. При неравномерном движении в призматических руслах по длине потока изменяется только глубина течения.

Неравномерное плавно изменяющееся дви­жение жидкости устанавливается там, где равномерное движение существо­вать не может: в непризматических руслах, в призмати­ческих руслах с горизонтальным (i₀=0) и обратным (i₀<0) уклонами дна.

Кроме того, плавно изменяющееся движение образуется на тех участках призматических русл с прямым уклоном дна (i₀>0), где происходит нарушение равномерного дви­жения, например в связи с изменением уклона дна, наличи­ем ступенчатого перепада или препятствия (сооружения) в канале (рис. 1.1).

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.

Примеры неравномерного движения:

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.

Рис. 1.1

Целью расчета неравномерного движения жидкости является определение состояния потока, установление форм свободной поверх­ности на участках неравномерного движения, определение глубин потока в разных сечениях, расчет, длин участков неравномерного движения, скоростей потока. В результа­те инженер получает возможность правильно назначить, например, глубину выемки канала, подобрать размеры участков и тип укрепления дна и откосов канала, опреде­лить размеры затоплений при строительстве моста и т. п.