2014-02-05
1651
Режимы движения жидкости. Допускаемые скорости течения воды
Движение вязкой жидкости может происходить при двух различных режимах: ламинарном и турбулентном.
Ламинарный режим характеризуется слоистым движением жидкости без перемешивания частиц. При этом частицы жидкости движутся по траекториям, параллельным стенкам сооружения. Такой режим наблюдается в капиллярных трубках, при движении подземных вод, в канавах малого размера.
Турбулентный режим характеризуется перемешиванием частиц жидкости, которые, кроме поступательного движения с большими скоростями, приобретают вращательное движение. Такой режим, наблюдается при движении жидкости по трубам, в реках и каналах.
При проектировании искусственных русл надо учитывать, что большие скорости течения воды могут разрушить дно и стенки сооружения. Грунты размываются водой даже при небольшой скорости, поэтому средняя скорость воды должна быть меньше размывающей скорости Vcp < Vp. Для предупреждения заиления необходимо, чтобы средняя скорость движения воды была больше скорости, при которой частицы взвешиваются потоком Vcp > Vmin.
|
|
|
Для различных видов грунтов на основании опытных данных составлены таблицы допускаемых неразмывающих скоростей для связных грунтов.
В табл. 7.3 приведены ориентировочные значения допускаемых скоростей для различных типов укрепления русла водотока в зависимости от средней глубины потока.
Таблица 6.4
| Тип укрепления | Размер камня, см | Допускаемые скорости течения, м/с, при средней глубине потока, м | |||
| 0,4 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | ||
| 0дерновка «плашмя» | - | 0,9 | 1,1 | 1,3 | 1,4 |
| Одерновка «в стенку» | - | 1,5 | 1,8 | 2,0 | 2,2 |
| Каменная наброска из булыжника с галькой | 7,5 | 2,0 | 2,4 | 2,8 | 3,1 |
| Грунты, укрепленные битумом | - | 2,3 | 2,7 | 3,0 | 3,3 |
| Одиночное мощение на щебне | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | |
| То же | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | |
| То же | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | |
| Одиночное мощение с подбором лица грубым приколом на щебне | 3,5 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | |
| То же | 4,0 | 4,5 | 5,5 | 5,5 | |
| То же | 4,5 | 5,0 | 6,0 | 6,0 | |
| Двойное мощение из «рваного» камня на щебне | 15-20 | 3,5 | 4,5 | 5,0 | 5,5 |
| Бутовая кладка из известняка | - | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 |
| Бетон марки 150 | - | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 |
| Бутовая кладка из камня крепких пород | - | 6,5 | 8,0 | 10,0 | 12,0 |
| Бетонные лотки | - | 12,0 | 14,0 | 16,0 | 18,0 |
Если по условиям расчета скорость потока будет больше допустимой скорости, необходимо укреплять русло водотока, допускаемая скорость укрепления должна соответствовать расчетной скорости.
Стенка, перегораживающая поток и обеспечивающая перелив воды через ее гребень, называется водосливом.
Часть потока, расположенная выше водослива, называется верхним бьефом, а ниже его - нижним бьефом.
|
|
|
Размеры самого водослива характеризуются шириной b и длиной водослива С.
По очертанию поперечного профиля водосливной стенки водосливы подразделяются: на
- водосливы с тонкой стенкой, имеющей острую кромку;
- практического профиля; с широким порогом.
При водосливе с тонкой стенкой (рис. 6.7) струя воды, переливающейся через водосливную стенку, формируется под действием только верхнего бьефа. В зависимости от формы водосливного отверстия водосливы подразделяются на прямоугольные, треугольные, трапецеидальные и криволинейные.
Рисунок 6.7 Водослив с тонкой стенкой
Водосливы практического профиля (рис. 6.8 ) имеют криволинейное или полигональное очертание. Одна и та же водосливная стенка практического профиля в зависимости от величины напора H может работать как безвакуумная и как вакуумная. При увеличении напора Н струя воды стремится оторваться от сливной поверхности водослива, под струей возникает вакуум.
Рисунок 6.8 Водослив практического профиля
Водосливы с широким порогом (рис. 6.9) представляют собой горизонтальную плоскость длиной С, через которую переливается вода.
Рисунок 6.9 Водослив с широким порогом
По типу сопряжения струи с нижним бьефом водосливы делятся на неподтопленные и подтопленные.
Неподтопленный водослив с широким порогом (рис. 6.10)характиризуется наличием двух перепадов свободной поверхности. Первый перепад возникает за счет стеснения потока снизу порогом водослива. Свободную поверхность воды в пределах длины водослива С считают горизонтальной, поэтому глубина воды на пороге водослива принимается постоянной. Второй перепад образуется за порогом водослива, где устанавливается бытовое течение воды.
Рисунок 6.10 Неподтопленный водослив с широким порогом
Расход воды, переливающейся через водослив, определяют по формуле:
(6.21)
где ε - коэффициент бокового сжатия струи; m - коэффициент расхода; при отсутствии бокового сжатия (ε = 1) для прямоугольного порога m = 0,32.
Истечение воды через подтопленный водослив с широким порогом представлено на рис. 6.11. Поток в районе водослива может быть разбит на три отдельные части: подходную часть, в пределах которой возникает потеря напора, поток сжимается, скорость увеличивается; водослив средней части порога; выходную часть, в пределах которой наблюдается потеря напора на выходе, поток расширяется.
Рисунок 6.11 Подтопленный водослив с широким порогом
