РазделViiУстановившееся движение жидкости в открытых руслах Лекция 17. Дифференциальное уравнение установившегося движения жидкости в открытых руслах

Удельная энергия и ее изменение вдоль потока. Удельная энергия в поперечном сечении потока. Критическая глубина и ее определение. Критический уклон.

Основное содержание лекции

При изучении типовых задач на равномерное движение особое внимание следует уделить способам определения нормальной глубины потока при равномерном движении. Эта задача встречается наиболее часто.

Удельной энергией сечения называется энергия безнапорного потока относительно плоскости сравнения, проходящей по наинизшей точке дна. В этом случае глубина выражает полную потенциальную энергию, а скоростной напор — кинетическую, что облегчает анализ их взаимных изменений.

Минимум удельной энергии сечения определяет критическую глубину, критическое состояние потока и его уравнение, когда параметр кинетичности равен единице. Соотношение кинетической и потенциальной энергий, т. е. состояние потока, является важной характеристикой, широко используемой как в дальнейших выводах, так и в решении задач.

В качестве критерия состояния потока могут быть использованы его глубина (по сравнению с критической) и параметр кинетичности (по сравнению с единицей), а при равномерном движении — и уклон дна (по сравнению с критическим).

Вопросы для самопроверки.

1. Что такое удельная энергия в поперечном сечении потока? 2. Как изменяется удельная энергия вдоль потока? 3. Что такое критическая глубина? 4. Удельная энергия всегда уменьшается вниз по течению, а изменяется ли вниз по течению удельная энергия сечения? 5. Правильно ли дано определение: критическим уклоном будем называть такой уклон дна призматического русла, при котором для данного расхода Qи для заданной формы русла нормальная глубинаh₀равна критической глубинеh_k.

Лекция 18. Равномерное движение жидкости в открытых руслах (каналах)

Основное уравнение равномерного движения в открытых руслах. Формы поперечного сечения каналов. Расчетные зависимости для определения элементов трапецеидального сечения канала. Гидравлически наивыгоднейшее сечение. Типы задач при расчете каналов. Допускаемые скорости течения жидкости в открытых руслах в лесоинженерной практике.

Основное содержание лекции

В основе этого раздела лежат формулы Шези и уравнение неразрывности. Равномерное движение жидкости часто встречается в инженерной практике. Очень важно и то обстоятельство, что формулы и характеристики равномерного движения используются при расчете неравномерного движения. В этом разделе надо обратить внимание на условия существования равномерного движения (призматичность русел; постоянство расхода, шероховатости, продольного уклона дна) и характерные его особенности (постоянство скорости и глубины, равенство пьезометрического, гидравлического и геометрического уклонов).

При изучении типовых задач на равномерное движение особое внимание следует уделить способам определения нормальной глубины потока при равномерном движении. Эта задача встречается наиболее часто.

Нормальная работа сооружений дорожного водоотвода, ливневой канализации и подмостовых русел зависит от правильного выбора скоростей. В противном случае русло может или размываться, или заиливаться. Скорость движения в русле ограничена диапазоном между незаиляющей и неразмывающей скоростями. Следует изучить причины и условия взвешивания и выпадения твердых частиц из потока, познакомиться с характерными формами перемещения твердых частиц (наносов) потоком жидкости. Прогнозирование взаимодействия потока с руслом, учет сложного явления движения наносов в реках лежит в основе обеспечения нормальной эксплуатации многих сооружений мостовых переходов: числа, величины и места расположения пролетов, глубины заложения опор, размеров и формы струенаправляющих дамб.

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите условия существования равномерного движения. 2. Назовите основные гидравлические элементы поперечного сечения каналов. 3. Что такое гидравлически наивыгоднейший поперечный профиль трапецеидального канала? 4. Всегда ли гидравлически наивыгоднейшим поперечный профиль является экономически наивыгоднейшим? 5. Основные задачи при расчёте трапецеидальных каналов на равномерное движение? 6. Что произойдёт с руслом канал, если скорость потока будет больше максимально допустимой скорости или меньше минимально допустимой скорости?