НАТУРНЫЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ОБОСНОВАНИЮ ПРИМЕНЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ЖИДКОСТИ ПЕРЕМЕННОЙ МАССЫ

Основу новой математической модели мостовых переходов составляет система трех дифференциальных уравнений:

1) уравнения движения твердой фазы руслового потока — баланса наносов:

2) уравнений неустановившегося течения жидкости переменной массы (с боковой приточностью):

• неразрывности

• динамического равновесия потока переменной массы

где /б — бытовой уклон свободной поверхности потока; z — высота (отметка) свободной поверхности потока; /р — длина по руслу реки; а0» 1,07 — коэффициент Буссинеска (корректив количества движения); q — погонная боковая приточность в единицу времени на единицу длины русла реки; g — ускорение силы тяжести; со — площадь живого сечения; 0 — проекция скорости присоединенных частиц на направление скорости потока; V — скорость потока; а~ 1,2 — коэффициент Кориолиса (корректив кинетической энергии); t — время; Q и К— расход и расходная характеристика.

В конечно-разностной форме уравнения (6.5)—(6.7) имеют вид: • уравнение баланса наносов

• уравнение неразрывности неустановившегося потока жидкости переменной массы

• уравнение неустановившегося течения жидкости переменной массы

где Дh j — приращение средней отметки дна в т-м створе русла за счет размыва-заноса за интервал времени Д/ ; hnmJ средняя глубина на т-м участке приу-м уровне; Gmj, G(m+X)J расходы наносов руслоформирующих фракций в т-м и + 1)-м створе при у-м уровне соответственно; Врт, Вр(т+Х) ширина русла в т-м и (т + 1)-м створе соответственно; А1рт — т-й интервал длины русла; At — у'-й интервал времени; Qp ., Qp(wi+1)- — расходы воды в т-м и (т + 1)-м створе русла приу'-м уровне соответственно; AhmJ, Ah(m+ly — приращение средней глубины в т-м и (т + 1)-м створе русла за интервал времени At-,

В средняя ширина русла на т-м участке; qmJ средняя боковая пригодность на т-м участке русла в j-й момент времени; Azmj-, AZ(m+]y — приращения свободной поверхности потока над бытовым уровнем в т-м и + 1)-м створе в j-й момент времени соответственно.

Как видно, для замыкания системы дифференциальных уравнений (6.8)—(6.10) необходимо знать значения функций боковой при- точности q =/(/) и проекции скорости присоединенных частиц на ось потока 0 =/(/). Эти функции могут быть получены только в результате обработки данных лабораторных экспериментов и специально поставленных натурных наблюдений.

Для определения а, Гбр и 0 (а° — углы между пойменными струями и направлением руслового потока, Кбр — скорость пойменного потока на бровке русла в месте слияния с русловым и 0 — проекции скорости присоединенных частиц на ось руслового потока) В.П. Ба- ховчуком были использованы планы течений и результаты нивелирования водной поверхности, полученные Л.А. Пустовой в гидравлическом лотке (было обработано 20 планов течений). Привлечены архивные гидрометрические данные разных лет по мостовым переходам через р. Волгу у г. Горького (1936), через р. Сож у г. Гомеля (1947, 1953), через р. Днепр у г. Речица (1953) и др.

Целенаправленно поставленные необходимые работы были выполнены в период весенних паводков 1982—1987 гг. на восьми мостовых переходах В.П. Баховчуком и А.Д. Лыревым[1]: на двух мостовых переходах через р. Березину в г. Борисове, на мостовых переходах через р. Днепр у г. Рогачева, через р. Днепр у г. Быхова, через р. Друть у г. Рогачева, через р. Неман у г. Столбцы, через р. Неман уд. Белица и через р. Припять в г. Мозыре.

Направления течений и скорости на вертикалях измеряли модернизированной В.П. Баховчуком вертушкой ГР-42 (Бурцева) (рис. 6.7).

В результате этой работы В.П. Баховчуком были установлены следующие закономерности изменения а°, Гбри 0 (рис. 6.8).

Углы присоединения пойменного потока к русловому в зоне сжатия потока перед мостом возрастают от а° = 0° в начале зоны сжатия потока до а°тах < 90°, а затем вновь уменьшаются до а° = 0° в створе моста. Углы а с максимальным значением находятся в зоне сжатия

потока перед мостом на расстоянии от оси моста, равном

(где / — расстояние от оси моста до створа с ос°тах; /сж — длина зоны сжатия потока перед мостом).

Измеритель течений

Рис. 6.7. Измеритель течений:

  • 1 — вертушка ГР-42; 2 — рама; 3 — датчик потенциометрического дистанционного компаса ПДК-3; 4 — штанга; 5— стабилизатор направления; Б — поплавок; 7 — указатель направления;
  • 8 — сигнальный провод вертушки

Зона сжатия

Графики изменения а,1/и 0 на мостовых переходах

Рис. 6.8. Графики изменения а0,1/и 0 на мостовых переходах: а — в зоне сжатия перед мостом; 6 — в зоне растекания за мостом

Углы присоединения пойменного потока к русловому в зоне растекания потока за мостом возрастают от до а° = 0° в створе моста до а°тах < 60°, а затем вновь уменьшаются до а° = 0° в конце зоны растекания. Углы а с максимальным значением находятся в зоне растекания потока за мостом на расстоянии от оси моста, равном

(где / — расстояние от оси моста до створа с

длина зоны растекания потока за мостом).

  • [1] См. Баховчук В.П. Расчеты мостовых переходов с использованием уравнений гидравлики переменной массы: Автореф, дис. ... канд. техн. наук. —М„ 1988.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >