В книге описаны результаты исследования структуры потока перед сооружениями, выполненные на основе теории источников и стоков и вихревого движения. Основное внимание уделено аналитическим зависимостям, описывающим поле скоростей и давлений перед наиболее распространенными и важными элементами гидротехнических сооружений. Приведенные результаты могут быть использованы в проектной практике, при постановке натурных и лабораторных опытов. Работа рассчитана на занимающихся изучением русловых процессов и проектированием гидротехнических сооружений.

Введение

Краткие сведения о потенциальном потоке, источниках и стоках
Потенциал скорости сложного потенциального потока
Прямолинейный источник ограниченного угла действия
Потенциал скорости и функция тока
Пространственный источник ограниченного угла действия
Статическое и динамическое вращение жидкости
Взаимодействие потока с элементами гидротехнических сооружений

Структура потока перед препятствием
Распределение скорости потока перед водосливным порогом с вертикальной передней гранью
Набегание безгранично широкого потока на одинокую преграду конечного размера
Скоростная структура потока перед частично открытым плоским затвором
Скоростная структура потока перед частично открытым сегментным затвором

Истечение жидкости через отверстие
Истечение жидкости через донное отверстие прямоугольного сечения
Истечение жидкости через донное отверстие квадратного или круглого сечения
Истечение жидкости через донное отверстие при наличии развитой водоворотной воронки

Структура потока перед водозаборным сооружением
Распределение скорости потока перед фронтальным водозабором с промывными галереями
Структура потока перед боковым водозабором с накосоперехватывающими галереями

Растекание струи и деление потока
Растекание турбулентной струи несжимаемой жидкости
Растекание плоской свободной турбулентной струи во встречном потоке неограниченного размера
Растекание осесимметричной пространственной свободной турбулентной струи во встречном потоке
Деление потока при бесплотинном водозаборе
Деление потока при спрямлении речных излучин

Заключение
Литература

Введение

Долговременной программой мелиорации, повышения эффективности использования мелиорированных земель намечено довести к 2000 г. площадь орошаемых земель в СССР до 30-32 млн. га, а в УзССР – до 5,0-5,5 млн. га.

Для достижения такого рубежа потребуется интенсификация самой науки – катализатора технического прогресса.

Дополнительное освоение огромных площадей потребует строительства многих тысяч самых разнообразных гидротехнических сооружений.

Эти сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и борьбы с их вредным воздействием, часто сами оказываются причиной возникновения таких нежелательных явлений, как образование водоворотных воронок и засасывание воздуха в водозаборное сооружение, кавитационные разрушения входных оголовков напорных туннельных и трубчатых водосбросов, попадание вредных фракций наносов в канал, деформация русла и т.д. Успешная борьба с этими явлениями и обеспечение бесперебойной работы сооружений для получения наибольшего экономического эффекта возможны только на основе правильного представления о взаимодействии потока и сооружения. Этому вопросу уделяли много внимания Н.Е. Жуковский, А.Я. Милович, О. Титьенс и другие ученые.

Доказанная Н.Е. Жуковским фундаментальная теорема о количестве движения, сообщаемого безграничной массе жидкости парой в противоположные стороны вращающимися вихрями или замкнутым, плоским вихревым шнуром, легла в основу учения о сопротивлении, оказываемом твердым телом движущейся жидкости.

Изучением обтекания твердых тел несжимаемой жидкостью много занимался А.Я. Милович. Обобщения, сделанные им, представляют большой интерес для гидротехников. Им подробно рассмотрены обтекание безграничным потоком бесконечно тонкой пластинки и плоской решетки, обтекание элементов конечного размера. Однако данные им и другими исследователями и др. общие решения обтекания твердой непроницаемой преграды безграничным потоком трудно использовать непосредственно для расчета реальных гидротехнических сооружений, имеющих сложную конфигурацию. Обобщение существующих методов регулирования потоков перед водозаборами для тепловых электростанций, металлургических заводов и других нужд народного хозяйства сделано И.А. Забабуриным.

Однако структура потока перед гидросооружениями изучена недостаточно, а уравнения поля скоростей и линии токов для нужных на практике случаев не нашли еще решения.

Поэтому проведено изучение структуры потока перед сооружениями одним из наиболее доступных аналитических методов – методом источников и стоков. С целью проверки и иллюстрации полученных аналитических зависимостей выполнены примеры расчета. Для некоторых случаев (набегание потока на водосливный порог, истечение из-под частично открытого плоского и сегментного затворов) проведены лабораторные исследования. В этих опытах по техническим причинам удалось измерить только горизонтальную составляющую скорости. Моделирование велось по Фруду, т.е. при одинаковых параметрах кинетичности натурного и модельного потоков. Для сохранения же подобия траектории струи горизонтальный и вертикальный масштабы модели были приняты одинаковыми (α_h = α_β = 30). Результаты измерения нанесены на соответствующие эпюры.