72. Принципы моделирования

Чтобы данные по лабораторным исследованиям прогнозировались с достаточной точностью работ в натуре (скорости потока в НБ, напряжений в теле плотин, характеристики работ в натуре), надо знать закон подобия, на основе которого проектируются модели и делается проектирование в натуру результатов опытов, полученных на модели.

Согласно теории подобия, подобные - явления, протекающие в геометрически подобных системах, в которых происходят процессы одинаковой физической природы и одноименные величины (линейный размер, скорость) имеют одинаковое соотношение. Т.е. масштабные коэффициенты (константы подобия) α должны быть постоянны.

Рассмотрим механическое подобие системы. При этом различают подобие геометрическое, кинематическое и динамическое.

Геометрическое подобие выполнено, если для всех линейных размеров 2 рассматриваемых систем будут постоянными:

Из условия подобия масштабный коэффициент

Кинематическое подобие требует, чтобы составные частицы обеих систем совершали геометрически подобные перемещения в промежутке времени, находясь в постоянном соотношении:

где Т – время прохождения отрезка l примем

Динамическое подобие запишется

т.е. соотношение между силами одинаковое.

Р – сила тяжести, К – сила вязкости, Q – сила инерции.

Попарно рассматривая силы можно записать:

Для движущихся тел одни из основных сил являются силы инерции. Q=M∙a – произведение массы на ускорение или , представим это выражение в соотношении сил, получим .

N_е–безразмерный коэф. Ньютона. Общий закон динамического подобия.

В развернутой форме:

73. Принципы гидравлического моделирования

При модели гидравлических явлений нужно учитывать безразмерные параметры F_r - Фруда, R_e - Рейнольдса, E_u -Эйлера, S_r -число Стругале, W_e -Вебера.

Для многих гидравлических задач существенную роль играет относительная шероховатость К/R (К – абсолютная шероховатость, R – гидравлический радиус), а для турбулентных потоков число Кармана – К_а - критерий турбулентности.

v' – пульсирующая скорость;

v – средняя скорость.

В общем случае φ(F_r , R_e , E_u S_r ,W_e ,К/R, К_а)=0.

В зависимости от рассматриваемых течений некоторые из указанных критериев выпадают или могут не учитывать.

При некоторых установленных течениях критериальное уравнение запишется:

φ(R_e , E_u ,К/R)=0.

При моделировании течений свободной поверхности – открытых русел, гидроузлов и отдельных их сооружений – основным критерием выполнения которого обязательно F_r. При установленном течении:

φ(F_r ,R_e , E_u ,К/R)=0.

74. Исследование сооружений

Натурные исследования ГТС позволяют осуществлять контроль за их состоянием в процессе строительства и в период эксплуатации, проводить провинность тех или иных предпосылок, принятых при проектировании, и точность лабораторных испытаний, проведенных на моделях, конкретизировать методы расчетов и проверку работ.

Натурное обследование проводят в обязательном порядке на всех ГТС I-III классов с целью систематического контроля за их состоянием с самого начала строительства для предотвращения аварий и улучшения условий эксплуатации. К их числу относят:

-контроль за качеством материала, укладываемого в сооружение,

-наблюдения за осадками и перемещениями сооружений,

-за фильтрацией,

-за трещинообразованием в бетоне и его коррозий,

-за размывом в русле,

-факторами непосредственно влияющими на работу сооружения и их надежность.

Специальные исследования проводят для проверки отдельных проектных положений и решения отдельных научных задач. Они предусматривают изучение тех вопросов, которые в настоящее время не могут быть решены с достаточной надежностью теоретически или экспериментально.