Что такое удельная энергия потока и чем она оличается от удельной энергии сечения

Удельная энергия-это полная энергия,отнесённая к еденице веса жидкости.

Удельной энергией сечения Э называется частичное значение полной ужельной энергии,подсчитанное в предположении,что плоскость сравнения проведена через самую нижнюю точку сечения русла.

39. Что такое нормальная глубина в канале?что такое критическая глубина?как определяется?

Нормальной глубиной называется глубина,которая при заданном расходе установилась бы в русле,если бы в этом русле движение было равномерным.(ho)Уравнение равномерного движения будет тогда выглядеть так: Нормальная глубина канала , м: На понятия нормальной глубины и критической надо смотреть как на некоторые воображаемые,в действительности не существующие.Можно считать,что Но и Нк являются некоторыми удобными обозначениями,удобными для исследования и интнгрирования.

Минимальному значению энергии(Эмин)отвечает некоторая вполне определённая глубина потока h.Эта глубина называется критической hкр,Т.о.критич. глубиной называется глубина,отвечающая минимуму удельной энергии сечения.

41. Определение нормальной глубины в канале. нормальная глубина-называется глубина,которая при заданном расходе установилась бы в русле,если бы в этом русле движение было равномерным.(ho)Уравнение равномерного движения будет тогда выглядеть так: Нормальная глубина канала , м: На понятия нормальной глубины и критической надо смотреть как на некоторые воображаемые, в действительности не существующие.Можно считать, что Но и Нк являются некоторыми удобными обозначениями, удобными для исследования и интегрирования.

42 ЧТО ТАКОЕ ПАРАМЕТР КИНЕТИЧНОСТИ? Значение параметра кинетичности характеризует состояние потока. При критическом состоянии потока ПК=1, при критическом уклоне поток называют спокойным. При глубине потока, равной критической поток находится в критическом состоянии. Следует отметить, что для бурного потока уклоне больше критического и при глубине, меньше критической ПК>1, для спокойного ПК<1, при критическом состоянии потока ПК=1. Для русел прямоугольного сечения ПК= , (). Иногда параметр кинетичности заменяют числом Фруда Fr, который представляет собой меру отношения сил инерции к силам тяжести: , где l-любой линейный размер.

43. КРИТИЧЕСКИЙ УКЛОН В КАНАЛЕ И КАК ЕГО ОПРЕДЕЛИТЬ? Критический уклон – воображаемый уклон, который надо придать рассматриваемому цилиндрическому призматическому руслу, чтобы при заданном расходе Q и при равномерном движении воды в русле нормальная глубина оказалась равной критической .Для трапецеидального сечения канала: где , , Для весьма широких русел:

44. КОГДА ВОЗНИКАЕТ В ПОТОКЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЫЖОК? ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЫЖОК - часть потока в русле со свободной поверхностью, в пределах к-рой происходит резкий подъём уровня воды при переходе от бурного или стремит. течения к спокойному. При этом скорость v1 (после прыжка) стремит. течения больше волновой скорости, а глубина h1(после прыжка) меньше критич. глубины hкр; при переходе к спокойному течению его скорость v2 становится меньше волновой скорости, а глубина h2>hкр (рис.). Участок Г. п., движение воды в к-ром носит сложный водоворотный характер, наз. вальцом. В начале Г. п. идёт захват осн. потоком масс жидкости из вальца, а в конце Г. п. жидкость осн. потока поступает в валец. T. о., между вальцом и осн. потоком происходит обмен кол-вом движения, что ведёт к торможению осн. течения и значит. потерям энергии. Глубины до и после Г. п. наз. взаимными или сопряжёнными глубинами, а их разность определяет высоту Г. п. Длина L участка, на к-ром происходит резкое изменение глубин потока, наз. длиной Г. п. Обычно Г. п. возникает при протекании воды через возвышение на дне русла, при вытекании из-под щита или перетекании через водослив. Если истечение воды через гидротехн. сооружение происходит с образованием отогнанного Г. п., т. е. отодвинутого на нек-рое расстояние от сооружения, то во избежание размывов дна ниже сооружения устраивают водобойные колодцы, стенки, чтобы приблизить Г. п. к сооружению (т. е. превратить его в затопленный).

45. ПРИЗНАКИ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ПОТОКЕ. Равномерное движение-такой вид движения, при котором размеры и форма сечений не меняются по длине потока, если движение установившееся, то скорости во всех сечениях потока одинаковы. Т.е установившееся равномерное движение, при котором гидравлические элементы потока (площадь живого сечения, гидравлический радиус, смоченный периметр) постоянны.

46. ВИДЫ СОПРЯЖЕНИЯ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ СООРУЖЕНИЙ. Необходимо различать следующие виды истечения воды при пропуске ее ч/з плотину из верхнего бьефа в нижний: 1) истечение из-под затвора (щита), установленного на гребне плотины; 2) перелив через плотину при закрытом затворе; 3) истечение через донное отвертстие, образованное например поднимающимсязатвором

47. УРАВНЕНИЕ РАСХОДА. КАК ПО ПАРАМЕТРУ КИНЕТИЧНОСТИ УСТАНОВИТЬ СОСТОЯНИЕ ПОТОКА? , Значение параметра кинетичности характеризует состояние потока. При критическом состоянии потока ПК=1, при критическом уклоне поток называют спокойным. При глубине потока, равной критической поток находится в критическом состоянии. Следует отметить, что для бурного потока уклоне больше критического и при глубине, меньше критической ПК>1, для спокойного ПК<1, при критическом состоянии потока ПК=1.

48. СОВЕРШЕННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЫЖОК. Гидравлический прыжок-резкое изменение глубины на коротком участке русла. Гидравлический прыжок, в котором над основной транзитной струей образуется область с водоворотным движением (поверхностный валец) наз.совершенным. Такие прыжки возникают в случае, когда глубина перед прыжком (глубина бурного потока) существенно меньше критической глубины для данного потока. Состоит из транзитной части и водоворотной части. Водоворотная часть образуется между сопряженными глубинами, которая характеризуется весьма неупорядоченным течением. В зоне раздела м/у вальцом и основным потоком частицы жидкости движутся в направлении основного движения потока. Поток за прыжком характеризуется интенсивной турбулентностью. На послепрыжковом участке течение становится равномерным, а в его конце установившимся равномерным. Прыжок считается совершенным, если отношение второй сопряженной глубины (послепрыжковой) к первой (т.е. высота волны) >2. Сопряженные глубины-глубины перед и после прыжка. Также прыжок можно определить по числу Фруда: если число Фруда >6, то прыжок совершенный; или по параметру кинетичности: если ПК>3-прыжок совершенный.

49. КАК ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ В ГИДРАВЛИЧЕСКОМ ПРЫЖКЕ. Гидравлический прыжок вызывает резкие изменения в конфигурации потока и условиях его протекания, а так же большие потери энергии. При этом, в зависимости от параметров прыжка, величина местных потерь энергии может быть различной. Механическая энергия, затрачиваемая на переход из бурного в спокойное состояние потока или потери удельной энергии определяется по уравнению Бернулли, составленному для сечений перед и за прыжком относительно плоскости дна потока на участке прыжка: . В случае прямоугольного русла: . Потери удельной энергии в прыжке:

51. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ В КАНАЛЕ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИ НАИВЫГОДНЕЙШЕГО СЕЧЕНИЯ. Гидравлически наивыгоднейшим сечением называется такое сечение, у которого при заданной площади поперечного сечения ω и уклоне i расход Q оказывается наибольшим, а значение смоченного периметра оказывается наименьшим. При заданном расходе Q и скорости υ гидравлически наивыгоднейшее сечение имеет наименьший уклон. Относительная ширина канала по дну гидравлически наивыгоднейшего сечения : , , ω= + = , то . Вычислим глубину заполнения h: h , Определим глубину воды в канале: ,

55. Уравнение Бернулли его энергетический, геометрический и гидравлический смысл

Уравнение Даниила Бернулли, полученное в 1738 г., является фундаментальным уравнением гидродинамики. Оно дает связь между давлением P, средней скоростью υ и пьезометрической высотой z в различных сечениях потока и выражает закон сохранения энергии движущейся жидкости. С помощью этого уравнения решается большой круг задач.

где z – геометрический напор(потенциальная энергия наложения), - пьезометрический напор(потенциальная энергия давления), - скоростной напор (кинетическая энергия

57. Расчёт выходной части быстротока. Расчёт водоската на быстротоке. Лоток быстротока(водоскат) – наиболее протяженная часть сооружения, выполняющая важную роль в переводе потока, движущегося с большими скоростями, из подводящего канала в отводящий. В зависимости от длины быстротоки бывают короткими и длинными. На длинных лотках может устанавливаться глубина, близкая к нормальной и движение воды перейдет из неравномерного в равномерное. Расчёт лотка быстротока включает:- расчёт уклона и длины лотка быстротока

Из формулы Шези определяем уклон лотка быстротока: Т.к. уклон дна есть отношение превышения к заложению, то длина лотка быстротока в плане определяется следующим образом: Где - перепад отметок дна в конце подводящего и начале отводящего участка сбросного канала. Длина лотка из геометрии чертежа:

- установление характера кривой свободной поверхности неравномерного движения в лотке

Из формулы Шези определяется критический уклон: Анализ кривой свободной поверхности на лотке быстротока:Если. и , то в лотке поток находится в бурном состоянии, линия нормальной глубины располагается ниже линии критической глубины, а характер кривой свободной поверхности - кривая спада типа b₂- определение глубины потока в конце лотка, необходимой для расчёта выходной части Наиболее ответственной и дорогостоящей является выходная часть сооружения, в пределах которой должно произойти сопряжение бурного потока со спокойным, с образованием гидравлического прыжка, и полное погашение избыточной кинетической энергии Выходная часть состоит из водобоя в виде успокоителя, в пределах которого располагается гидравлический прыжок, и концевого крепления, называемого рисбермой. Расчёт выходной части заключается в выборе конструкции успокоителя, расчёте сопряжений бьефов и гасителей энергии, назначение основных размеров, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию сооружения.Глубина h’ в начале прыжка и h’’ в конце го называются сопряженными или взаимными. Разность между ними представляет собой высоту прыжка.Связь между сопряженными глубинами в призматическом русле выражается из основного уравнения прыжка:

, Для прямоугольного русла основное уравнение упрощается, в результате чего получены формулы если , следовательно в нашем случае имеет место форма сопряжения в виде отогнанного прыжка. Для его затопления нужно установить водобойную стенку, в обратном случае прыжок надвинутый, и дополнительных расчётов не требует. Расстояние от водобойной стенки до выходного оголовка определяется по формуле l₁=l_пад+l_пр1, ,

58. Способы определения критической глубины для любой формы поперечного сечения потока

1. Аналитический способ по методу Агроскина

2. Построения графика удельной энергии

3. Способ определения критической глубины по уравнению критического состояния потока

Критическая глубина канала , м, для параболического русла.

59. Уравнение Шези. Его применение в гидравлических расчётах Основными (реальными) параметрами потока обычно называют те, которые можно непосредственно измерять. Например, глубина, уклон, диаметр наносов. Современная наука для описания связей между реальными параметрами вводит фиктивные параметры, такие как, например, динамическая скорость, касательное напряжение, которые полезны и понятны при некотором соглашении между исследователями. Вполне возможно, что люди могли бы ввести в применение другие фиктивные параметры или не использовать существующие. Очень полезно использовать коэффициенты в связях между реальными параметрами. Например, коэффициент Шези в формуле Шези, которая описывает связь средней скорости со средней глубиной и уклоном потока. где Q – расход, ω – площадь поперечного сечения, R – гидравлический радиус, i – уклон, C – коэффициент Шези.

формула Шези является основным уравнениям равномерного движения по этой фрмуле в основном ведется расчёт гидравлического уклона.

60. Прыжковая функция и расчёт сопряженных глубин. Связь между сопряженными глубинами в призматическом русле выражается из основного уравнения прыжка: , Где α₀=1,05…1,1 – корректив количества движения - площади живых сечений потока в начальном и конечном сечениях прыжка , - глубины погружения центров тяжести этих сечений. Предположим что русло и расход намзаданы, при этом условии левая часть уравнения представляет собой некоторую функцию только от глубины h^//, правая же часть данного уравнения является такой же точно функцией только от глубины h^/, учитывая сказанное введем обозначение , функция называется прыжковой функцией, размерность её длина в кубе. Этой функцией пользуются для отыскания сопряженной глубины когда другая задана. Для прямоугольного русла основное уравнение упрощается, в результате чего получены формулы

61. Способ определения нормальной глубины в призматическом русле(канале) Нормальная глубина соответствует движению потока в условиях равномерного движения и определяется из формулы равномерного движения (формулы Шези) Метод допустимых скоростей Относительная ширина канала по дну . Ширина канала равна:

Нормальная глубина канала , м:

63 Понятие о гидравлически наивыгоднейшего сечения канала Гидравлически наивыгоднейшим сечением называется такое сечение, у которого при заданной площади поперечного сечения ω и уклоне i расход Q оказывается наибольшим, а значение смоченного периметра оказывается наименьшим. При заданном расходе Q и скорости υ гидравлически наивыгоднейшее сечение имеет наименьший уклон. Относительная ширина канала по дну . Рассчитывается по следующей формуле, которая отличаются от расчёта магистрального канала

64.. Что такое транспортирующая способность потока Транспортирующая способность потока — количество наносов определённой гидравлической крупности за единицу времени, которое способен перемещать водоток через поперечное сечение без изменения типа русловых процессов. Наносы — твёрдые частицы, переносимые водным или воздушным потоком.В геологии (также русловедении, гидравлике) различают русловые и нерусловые наносы. Наносы также подразделяются по форме транспорта на влекомые и взвешенные. Русловые наносы обычно являются влекомыми, нерусловые — взвешенными. Взвешенные наносы — мелкие минеральные частицы (продукты водной и ветровой эрозии водосборов и русел, а также абразии берегов водоёмов), переносимые водным потоком во взвешенном состоянии. Гидравлическая крупность — скорость падения частиц наносов в стоячей воде при определённой температуре. Имеет размерность скорости (например, см/с или м/с).

65. По каким признакам выбирается шероховатость в канале. Коэффициенты шероховатости в земляном русле определяютс в зависимости от расхода воды в канале а также от грунта-для связных песчаных грунтов выбирается один коэффициент а для гравелисто- галечных грунтов другой коэффициент.Также для каналов водосборно- сбросной сети значение коэффициента шероховатости повышается на 10% по сравнению со значением того же коэффициента оросительных каналов и округленного до ближайшего принятого в таблице значения. А для каналов выполняемых взрывным способом, значение коэффициента шероховатости повышается на 10-20% в зависимости от размеров принимаемой доработки сечений канала.