Анализ существующих показателей интенсивности поперечной циркуляции потока на поворотах русла

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 535.543

Таразский государственный университет им. М. Х. Дулати, г. Тараз

Анализ существующих показателей интенсивности поперечной циркуляции потока на поворотах русла

Губашева А.

Воздействие речного потока на русло проявляется в размыве, переносе частиц по реке и отложении наносов. Все эти стадии одного процесса в естественных руслах могут наблюдаться на всем протяжении реки, однако нередко, особенно на горных реках, профиль имеет изломы, обусловленные местными базисами эрозии, перед которыми происходит отложение наносов, а ниже них - размыв. речной поток движение кинетический

Наблюдения за потоком воды показали, что на криволинейных участках русла наблюдается поперечная циркуляция потока, которая вызывается влиянием центробежных сил на частицы жидкости и неравномерностью распределения продольных скоростей по его глубине [1]. Циркуляция характеризуется наличием поперечного уклона свободной поверхности потока и отклонением донных токов к выпуклому, а поверхностных - к вогнутому берегу (рис. 1). Радиусы кривизны донных и поверхностных токов в общем случае могут быть представлены, как

(1)

(2)

где: V_g, V_n - донные и поверхностные продольные скорости потока; i - поперечный уклон свободной поверхности потока; q - ускорение силы тяжести.

Выразив из уравнения (2) величину:

(3)

и подставив ее в (1), можно получить зависимость для радиуса кривизны донных токов в следующем виде:

 (4)

Эта зависимость показывает, что с повышением неравномерности распределения скоростей по глубине потока, радиусы кривизны траекторий движения донных токов уменьшаются, т.е. увеличивается степень их отклонения к выпуклому берегу, а следовательно, и интенсивность поперечной циркуляции:

Рис. 1. Схема движения воды на повороте реки

В качестве показателя интенсивности поперечной циркуляции потока обычно принимают величину поперечной составляющей скорости [2-4]. Однако, абсолютные значения поперечных скоростей потока на повороте русла во многих случаях настолько малы, что практически приближаются к пульсационным величинам. Это обстоятельство заставило ученых искать некоторые интегральные характеристики, более доступные для подсчетов и замеров.

Так, Миловичем А.Я. [5] для оценки свойств циркуляционных потоков были введены понятия о кинетической энергии продольного движения и кинетической энергии циркуляции.

Васильев О.Ф. [6] в качестве критерия интенсивности циркуляционного движения используют характеристику, представляющую отношение кинетической энергии поперечной циркуляции и продольного движения потока. При этом, Васильев О.Ф. так же, как и Милович А.Я., кинетическую энергию продольного движения и поперечной циркуляции потока определяют для отсека жидкости между двумя поперечными сечениями, удаленными друг от друга на единицу времени.

Шукри А. [7] в своих исследованиях ввел аналогичную характеристику интенсивности поперечной циркуляции потока в виде отношения средней кинетической энергии движения в плоскости поперечного сечения русла к полной кинетической энергии потока в донном сечении в процентах.

Потапов М.В. [8] и Ананян А.К. [2] в качестве интегральной характеристики интенсивности поперечной циркуляции потока принимают среднюю квадратичную величину поперечных скоростей по сечению потока или скоростного напора от этой скорости.

Прус - Часинский Т.М. [9] интенсивность поперечной циркуляции потока оценивает углом отклонения донных потоков от осевой линии поворота русла. При этом он рекомендует этот угол замерять в радиальном сечении, имеющем центральный угол 33 градуса от начала поворота. В этом случае, по его мнению, поперечная циркуляция успевает получить полное развитие. Некоторые исследователи этот угол измеряли в своих опытах приблизительно в средней части поворота русла.

Жулаев Р. Ж. [10] и др. качественными показателями интенсивности поперечной циркуляции потока принимают степень искривления динамической оси потока.

Анализ существующих показателей интенсивности поперечной циркуляции потока показывает, что наиболее точным из них является поперечная скорость. Однако, абсолютные значения этой скорости, как отмечалось выше, во многих случаях настолько малы, что при современных измерительных приборах замеры ее затруднены. Теоретические зависимости, выведенные исходя из полуэмпирических теорий турбулентности дают приближенные значения поперечных скоростей для установившегося равномерного течения при полностью развившейся поперечной циркуляции потока, приведшей в соответствие с донной кривизной закругления. Такое течение возможно только на некотором расстоянии от начала поворота на длинных закруглениях русла. Кроме того, теоретические зависимости не отражают нарастание и затухание интенсивности поперечной циркуляции потока по длине поворота русла.

Величины кинетической энергии и средней квадратичной скорости поперечной циркуляции потока, поскольку они являются производными от величин поперечных составляющих скоростей, как показатели интенсивности поперечной циркуляции имеют те же недостатки.

Удобна для оценки интенсивности поперечной циркуляции потока величина степени искривления динамической оси потока, вызываемого перераспределением расхода на прямолинейном участке русла. Однако использование этого показателя для оценки интенсивности поперечной циркуляции потока на повороте русла вызывает затруднения из-за отсутствия в настоящее время зависимостей для определения местоположения динамической оси потока.

Величины угла отклонения донных линий токов от осевой линии поворота русла, замеренная в какой-либо одной точке потока, как и угла между радиусами, соединяющими начальную (у вогнутого берега) и конечную (у выпуклого берега) точки траектории донных токов, в целом характеризуя интенсивность поперечной циркуляции потока, не отражают ее изменения по ширине и длине русла.

Как известно, интенсивность поперечной циркуляции потока зависит от множества факторов и одновременно учесть их на данной стадии исследований не представляется возможным. Поэтому в качестве показателя интенсивности поперечной циркуляции потока необходимо принимать интегральные характеристики, наиболее полно учитывающие влияние всех факторов и более доступные измерения. Такими показателями, по нашему мнению, могут служить некоторые характеристики траекторий донных токов, т.к. они практически дают направление равнодействующей всех факторов, влияющих на интенсивность поперечной циркуляции потока.

Вывод

Анализ показателей интенсивности циркуляции потока показал, что с их помощью нельзя установить полную характеристику изменения интенсивности поперечной циркуляции потока по ширине и длине русла. Этот пробел можно исправить, если принять в качестве показателя интенсивности поперечной циркуляции потока величину угла отклонения донных токов от осевой линии поворота русла и измерять ее по всей ширине и длине поворота русла.

Литература

1. Розовский, И. Л. Движение воды на повороте открытого потока.Изд-во Академии наук УССР, 1957. - 188 с.

2. Ананян А.К. Движение жидкости на повороте водовода. Ереван: Изд. АН Арм.ССР, 1957.362 с.

3. Жуковский Н.Е. О движении воды на повороте реки. Соч., т. IV, 1937.

4. Кожевников М. П. О движении воды на повороте русла. Известия ВНИИГ, том 40, 1949г.

5. Милович А. Я. Нерабочий изгиб потока жидкости. Бюллетень Политехнического общества. №10. 1914.

6. Васильев О. Ф. Основы механики винтовых и циркуляционных потоков. М. 1958.

7. Shukry A. The flow around bends in an open flume. Proc. ASCE, №6, 1949.

8. Потапов М. В. К вопросу движения жидкости на повороте русла. Сочинения, т. II. 1951.

9. Prus-Chacinski F. M. Patterns of motion in open-channel bends. J. Institution Water Engrs, vol.10, №5,August 1956.

10. Жулаев Р. Ж. Водозаборные сооружения с донной решетчатой галереей и методика их гидравлического расчета. Автореферат докт. дисс. Алма-Ата 1960 г.

Размещено на Allbest.ru