Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Гидравлические исследования поворотно-сопрягающих водопропускных сооружений с закруткой потока

Диссертация: Гидравлические исследования поворотно-сопрягающих водопропускных сооружений с закруткой потока
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

При проектировании и строительстве каналов применяются поворотные сооружения, конструкции которых в большей мере отвечают требованиям пропуска потоков со спокойным режимом движения. В условиях предгорного рельефа и больших уклонов местности магистральные каналы характеризуются бурными течениями с уклонами каналов О, ОНО, 08- длиной 5,0- 15,0 км, скоростью потока — 1,5-И 5 м/с, и числами Фруда… Читать ещё >

Содержание

  • УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
  • ГЛАВА I. Обзор существующих водопропускных поворотных сооружений и конструкций с закруткой потока
    • 1. 1. Анализ существующих поворотных водопропускных сооружений
    • 1. 2. Предложение по использованию закрученных потоков в по-воротно-сопрягающих водопропускных сооружениях
    • 1. 3. Существующие конструкции водопропускных сооружений с закруткой потока
    • 1. 4. Гидравлические характеристики и особенности закрученных потоков
    • 1. 5. Теоретические исследования закрученных потоков вязкой жидкости
    • 1. 6. Распределение скоростей и давления в закрученных потоках
    • 1. 7. Безразмерные характеристики закрученных потоков
    • 1. 8. Гидравлическое сопротивление и поверхностное трение в закрученных потоках
    • 1. 9. Взаимодействие закрученных потоков в водосбросных сооружениях
    • 1. 10. Цель и задачи исследований
  • ГЛАВА II. Методика проведения исследований, моделирование и обработка экспериментальных данных
    • 2. 1. Модель сооружения
    • 2. 2. Экспериментальная установка
    • 2. 3. Гидравлическое моделирование
    • 2. 4. Методика проведения эксперимента
    • 2. 5. Последовательность эксперимента
    • 2. 6. Геометрическая характеристика тангенциального завихрителя
  • ГЛАВА III. Результаты экспериментальных исследований
    • 3. 1. Визуальная картина течения в поворотно-сопрягающем сооружении с закруткой потока
    • 3. 2. Гидравлические условия входа в сооружение
    • 3. 3. Характеристики тангенциального завихрителя
    • 3. 4. Установление длины камеры гашения
    • 3. 5. Выбор длины участка безнапорного отвода
    • 3. 6. Эпюры скорости в отводящем канале
    • 3. 7. Гидравлическое сопротивление и изменение удельной энергии по оси сооружения
    • 3. 8. Гипотеза о гидравлических процессах в камере гашения
    • 3. 9. Распределение давления на элементы сооружения
    • 3. 10. Оценка эффективности работы поворотно-сопрягающего сооружения
    • 3. 11. Выводы по главе III
  • ГЛАВА IV. Гидравлический расчет поворотно-сопрягающего сооружения
    • 4. 1. Задачи гидравлического расчета
    • 4. 2. Определение пропускной способности
    • 4. 3. Расчет тангенциального завихрителя
    • 4. 4. Определение основных геометрических размеров сооружения
    • 4. 5. Гидравлическое сопротивление
    • 4. 6. Расчетные критерии эффективности работы сооружения
    • 4. 7. Последовательность расчета
    • 4. 8. Пример расчета

Гидравлические исследования поворотно-сопрягающих водопропускных сооружений с закруткой потока (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность. В настоящее время строятся оросительные системы во многих странах мира, в том числе в Колумбии, гражданином которой является автор диссертации.

Важным элементом оросительной системы является магистральный канал, подающий воду от источника орошения на орошаемые земли.

При проектировании и строительстве каналов применяются поворотные сооружения, конструкции которых в большей мере отвечают требованиям пропуска потоков со спокойным режимом движения. В условиях предгорного рельефа и больших уклонов местности магистральные каналы характеризуются бурными течениями с уклонами каналов О, ОНО, 08- длиной 5,0- 15,0 км, скоростью потока — 1,5-И 5 м/с, и числами Фруда — 2-Н5 и более.

Бурные режимы течения и извилистость канала накладывает отпечаток на конструкции водопропускных сооружений, включая поворотные и сопрягающие сооружения. Сложность осуществления поворота канала с бурным течени-' ем вызывает необходимость разработки различных решений, позволяющих осуществлять поворот бурного потока.

Применяемые для рассматриваемых условий поворотные сооружения [7] имеют ряд недостатков: выплескивание (выброс) воды за борт сооруженияпоявление сбойного течения в канале за поворотом, распространяющееся на значительное расстояниеуменьшение пропускной способности на 20−50%- необходимость устройства отдельных (дополнительно с поворотным) перепад-ных сопрягающих сооружений для гашения избыточной энергии потокаотсутствие возможности регулирования скорости потока на выходе из поворотного сооружения.

Повороты канала целесообразно осуществлять по ломанной в плане трассе. Это придает земельным массивам необходимую форму и повышает коэффициент земельного использования. Однако на практике поворот канала по данному принципу не получил широкого развития из-за отсутствия требуемых конструкций.

В связи с изложенным, схемы с прямолинейными в плане участками канала в комплексе с сосредоточенными поворотно-сопрягающими водопропускными сооружениями представляют практический интерес, а разработка и исследование таких сооружений является актуальной задачей.

В данной работе автором диссертации в соавторстве с д.т.н. Б. А. Животовским, к.т.н. H.H. Розановой и к.т.н. В. Б. Родионовым предложена конструктивная схема поворотно-сопрягающего водопропускного сооружения вихревого типа, совмещающая функцию поворота потока и функцию гашения (внутри сооружения) избыточной кинетической энергии потока. Скорость потока на выходе из сооружения регулируется и может достигать требуемых значений.

Такое сооружение может быть создано на основе использования в нем закрученных потоков. В диссертационной работе проведены исследования гидравлических условий работы предлагаемого сооружения.

Цель исследований. Целью исследования являлось определение гидравлических характеристик потока в поворотно-сопрягающем водопропускном сооружении с закруткой потока, позволяющих оценить работу сооружения и определить его геометрические размеры.

Для достижения этой цели решались следующие основные задачи:

— определение пропускной способности;

— определение форм и размеров закручивающего устройства, обеспечивающих требуемую закрутку потока;

— определение степени гашения избыточной кинетической энергии внутри сооружения;

— определение скорости потока и степени равномерности эпюр скорости в отводящем канале;

— разработка метода расчета и критериев эффективности работы поворотно-сопрягающего сооружения.

Решение указанных задач базируется на использовании результатов ис- ' следований данной работы, а также известных методов расчета закрученных потоков в водопропускных сооружениях.

Научная новизна. В работе получены новые результаты, а именно:

1. Предложена конструктивная схема водопропускного поворотно-сопрягающего сооружения с использованием закрученных потоков, совмещающая в себе функцию сосредоточенного поворота и функцию гашения избыточной кинетической энергии потока.

2. Показана принципиальная возможность эффективной работы поворот-но-сопрягающего водопропускного сооружения с закруткой потока.

3. Установлены оптимальные размеры элементов сооружения (камеры гашения и безнапорного отвода), обеспечивающие трансформацию закрученных потоков в осевой.

4. Получена зависимость коэффициента суммарного гидравлического сопротивления тангенциального завихрителя и камеры гашения от интегрального параметра закрутки П0 = /(П0).

5. Получены безразмерные эпюры скорости, характеризующие кинема- • тическую структуру потока в отводящем канале.

6. Предложены критерии оценки эффективности работы поворотно-сопрягающего водопропускного сооружения.

7. Разработан метод расчета поворотно-сопрягающего сооружения, позволяющий определить основные гидравлические характеристики потока и геометрические размеры сооружения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Конструктивная схема поворотно-сопрягающего водопропускного сооружения вихревого типа, отличающаяся тем, что позволяет обеспе-чить поворот потока и одновременное гашение избыточной кинетической энергии потока внутри сооружения.

2. Закономерности гидравлического сопротивления в элементах сооружения.

3. Безразмерные эпюры скорости, характеризующие кинематическую структуру потока в отводящем канале после сооружения.

4. Основные положения гидравлического расчета поворотно-сопрягающего сооружения.

5. Критерии оценки эффективности работы поворотно-сопрягающего сооружения.

Практическая значимость. Практическая значимость результатов исследований заключается в возможности их использования при проектировании новых и реконструкции существующих оросительных систем и магистральных каналов в условиях предгорных районов.

Предлагаемое сооружение может быть использовано так же для других нужд, например, нужд городской ливневой канализации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались на научных конференциях Инженерного факультета РУДН заседаниях кафедры гидравлики и гидротехнических сооружений РУДН и на Международной научно-практической конференции «Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития геосистем», Москва, 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и содержит 160 страниц текста, в т. ч. 20 страниц приложения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

1. Предложена новая конструктивная схема поворотно-сопрягающего водопропускного сооружения вихревого типа с использованием закрученных потоков, сочетающая в себе функцию сосредоточенного поворота на углы 90° > р > 45° и функцию гашения избыточной энергии бурного потока внутри сооружения.

2. Сооружение рекомендуется к использованию в условиях предгорного рельефа, при больших уклонах местности, когда требуется осуществить поворот бурного потока на углы 90° > р > 45° и одновременно погасить избыточную кинетическую энергию потока.

3. Установлены оптимальные размеры камеры гашения, позволяющие трансформировать закрученные потоки, поступающие в камеру, в осевой поток на выходе из нее.

4. Определены размеры безнапорного отвода, при которых происходит стабилизация потока, выходящего из камеры гашения.

5. Установлена связь между коэффициентом гашения энергии потока и параметром закрутки т]г = /(п0), используемая для критериальной оценки эффективности работы сооружения.

6. Получены зависимости используемые в расчетах: суммарного коэффициента гидравлического сопротивления тангенциального завихрителя и камеры гашения от интегрального параметра закрутки (?, + ,-) = /(п0), а также коэффициента уменьшения скорости =/(П0).

7. Получены безразмерные эпюры скорости в сечениях отводящего канала, свидетельствующие о равномерном характере распределения скорости и используемые для оценки эффективности работы сооружения.

8. Сформулировано условие критериальной оценки кинематической структуры потока в отводящем канале, с учетом равномерного характера эпюр скорости в отводящем канале, формируемых поворотно-сопрягающим сооружением.

9. Предложена методика оценки эффективности работы поворотно-сопрягающего сооружения по комплексу показателей.

Ю.Предложен метод гидравлического расчета поворотно-сопрягающего сооружения с использованием полученных экспериментальных результатов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.C. Кривченко Г. И. и др. Водосбросное устройство//БИ. 1981. № 10.
  2. A.C. Цедров Г. Н., Гальперин P.C., Золотое Л. А., Розанова H.H. Способ гашения энергии потока//Там же, 1978. № 6.
  3. A.C. ЭленсонГ.З., Гурьев А. П., БакеевС.А. Устройство для гашения энергии потока водосбросного сооружения//Там же, 1986. № 37.
  4. Г. Н. Прикладная газовая динамика. М.: Изд. «Наука», 1969.
  5. Г. Н., Крашенинников С. Ю., Секундов А. Н. и Смирнова И.П. Турбулентное смешение газовых струй. М.: Изд. «Наука», 1974. 270 с.
  6. А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1982. 224 с.
  7. К.К. Ломаные в плане поворотные сооружения для каналов с бурным режимом течения. Фрунзе, 1988.
  8. О.Ф. Основы механики винтовых и циркуляционных потоков. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958.
  9. В.В., Зуйков A.JI., Квятковская Е. В., Кривченко Г. И., Мордасов А. П. Высоконапорная водосбросная система с контрвихревым гасителем энергии потока воды//Гидротехническое строительство, 1981. № 10.
  10. ХО.Волшаник В. В., Зуйков A.JI., Мордасов А. П. Закрученные потоки в гидротехнических сооружениях. М.: Изд. «Энергоатомиздат», 1990. 280 с.
  11. Ъ.Гальперин P.C., Золотое Л. А., Розанова H.H., Цедров Г. Н. Гашение энергии высокоскоростного потока в тоннельных водосбросах//Там же, 1979. № 4.
  12. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1988. 624 с.
  13. ГринсенХ. Теория вращающихся жидкостей. JL: Гидрометеоиздат, 1975.
  14. А., Лели Д., Сарйред Н. Закрученные потоки. М.: Мир, 1987. 588 с.
  15. А.П., Животовский Б. А., Эленсон Г. З. Руководство по проектированию высоконапорных вихревых водосбросов (Нормы проектирования). М.: Союзгипроводход, 1984.
  16. . Т. Техническая гидромеханика. М.: Машиностроение, 1978.
  17. .А. Гидравлика закрученных потоков и их применение в гидротехнике: Автореф. дис. д-ра техн. наук. М., 1986.2Ъ.Животовский Б. А. Закрученный поток в цилиндрической трубе//Речная гидравлика и гидротехника. М.: Изд. УДН, 1977.
  18. .А. Оценка устойчивости движения закрученного потока в круглом водоводе//Результаты исследований речных русл и гидротехнических сооружений. М.: Изд. УДН, 1983.
  19. .А. Экспериментальные исследования закрученных потоков жидкости. М.: Изд. УДН, 1982.
  20. A.JI. Водосбросная система с взаимодействующими концентрическими закрученными потоками: Автореф. дис. канд. техн. наук. М: МИСИ им. В. В. Куйбышева, 1984.
  21. Ю.В., ЛубиХ.0., Нурсте Х. О. Исследование аэродинамики потока в закручивающих устройствах. «Теплотехника». М., 1978. № 1.
  22. ЪХ.Кибель И. А., Кочин Н. Е., РозеН.В. Теоретическая гидромеханика. Ч. 1, 2. М.: Физматгиз, 1963.
  23. Ъ2.Киселев П. Г. Гидравлика: Основы механики и жидкости. Учеб. пособие для вузов. М.: Энергия, 1980. 360 с.
  24. A.B. Закономерности гашения энергии в высоконапорных вихревых водосбросах: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1985.
  25. ЛевиИ.И. Моделирование гидравлических явлений. JL: Изд. «Энергия», 1967. 236 с.
  26. Ъ5.Мордасов А. П. Влияние длины отводящего водовода на пропускную способность водосбросной системы с вихревым затвором. М.: Сб. МИСИ. 1976. № 131.
  27. Ъб.Мордасов А. П. Высоконапорные водосбросные системы с вихревыми затворами: Автореф. дис. канд. техн. наук. М. 1978.31 .Мордасов А. П. Модельные исследования водосбросной системы с вихревым затвором на высоконапорной установке. М.: Сб. МИСИ. 1971. № 91.
  28. ЪЪ.Новикова КС., Родионов В. Б., Розанова H.H. Вихревые водосбросы с гашением энергии по длине отводящего тракта/"Безопасность энергетических сооружений". НИИЭС, 2003. Вып. 12. С. 183−193.
  29. H.H. Моделирование работы гидротехнических сооружений. М.: Изд. РУДН, 1998.
  30. H.H. Некоторые вопросы эффективности гашения избыточной кинетической энергии в тоннельных водоводах высоконапорных водосбросов//Труды МГМИ. М., 1978.
  31. H.H. Основные факторы, влияющие на эффективность гашения энергии потока в вихревых туннельных водосбросах с гасительной камерой//Труды МгМИ. М., 1981.
  32. H.H. Расчет сопряжения бьефов в отводящем туннеле вихревого водосброса с гасительной камерой//Гидротехнические сооружения, основания и фундаменты, инженерные конструкции. М., 1982.
  33. A.B. Оценка гидравлических особенностей работы вихревого шахтного водосброса с тангенциальным завихрителем потока. М., 1991. 174 с.
  34. A.B., Федорков A.M., Ханов H.B. Методика определения геометрического параметра (А) для бескамерного тангенциального завих-рителя//Тезисы докладов научно-технической конференции МГМИ (23−26 апреля). М., 1991. С. 69.
  35. Справочник по гидравлическим расчетам/Под ред. П. Г. Киселева. М.: Изд. «Энергия», 1972. 312 с.
  36. A.M. Гидравлические исследования высоконапорных водосбросных устройств с вихревыми затворами: Дис. канд. техн. наук. М., 1969.
  37. Устройство нижнего бьефа водосбросов/Под ред. Н. П. Розанова. М.: Колос, 1984.51 .Халатов А. А., Щукин В. К. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах. М.: Машиностроение, 1982.
  38. Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиз-дат, 1984. 640 с.
  39. Г. В. Новые конструкции водобойных колодцев с циркуляционными течениями: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1988.
  40. А.А. Оценка энергогасящей способности элементов отводящего тракта высоконапорных вихревых водосбросов: Дис. канд. техн. наук, 1991. 160 с.
  41. Howard L.N., Cupta A.S. On the hydrodynamic hydromagnetic stability of swirling flows//J. Fluid Mech., 1962. V. 14. N 3. P. 463−470.5e.Kreith F., Soniu O. The decay of a turbulent swirl flow in a pipe//J. Fluid Mech., 1965. V.22. Pt. 2. P. 257.
  42. Rabinovich E.Z. Hidraulica. M.: Editorial Mir, 1987. 320 p.
  43. Rozanov M.P., Rozanova N.N., Fedorkov A.M., Zhivotovski B.A. Modelling and cavitation forecast on unevenesses in twisted flows. Topics in industrial Hydraulics//Proceeding of technical session of XXII Congress IAHR. Lausane, 1987.
  44. Senoe Y., Megata T. Swirling flow in long pipes with different rough-ness//Bulletin of the Japan Society of Mechanical Engineers. Tokyo, 1972. V.15.N90. P. 1514−1521.
  45. Truesdell C. La velocita massina nel moto di Gromeka-Beltrami. Tai Akadem Nazionale Lincei, Rendiconti. Clase Scienze fis., matem e natur., 1952. V. 13. N6.
  46. Yajnik K., Subbaiah M. Experiments on swirling turbulent flor. Part 1. Similarity in swirling flows//J. Fluid Mech., 1973. V.60. Pt. 4. P. 665−687.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?