- •Гидравлика
- •Сведения из истории гидравлики в пгупс.
- •1 Введение в гидравлику
- •1.1 Определение науки «Гидравлика».
- •1.2 Жидкость.
- •1.3. Понятия реальной и идеальной жидкости. Вязкость.
- •1.4. Основные физические свойства реальных жидкостей.
- •1.4.1. Плотность жидкости ρ, вес единицы объёма γ.
- •1.4.2. Сжимаемость жидкости.
- •1.4.3. Расширение жидкости в связи с изменением температуры.
- •1.4.4. Сопротивление жидкости растягивающим усилиям.
- •1.5. Силы, действующие на жидкость. Напряженное состояние жидкости.
- •Гидростатика.
- •1.6. Гидростатическое давление и его свойства.
- •1.7. Дифференциальные уравнения покоя жидкости.
- •1.8 Интегрирование дифференциальных уравнений покоя (равновесия) жидкости.
- •1.9 Величина гидростатического давления в случае жидкости, находящейся под действием только одной объёмной силы – силы тяжести.
- •1.10 Вакуум
- •1.11 Статика газов
- •1.11.1 Уравнения состояния газов
- •1.11.2 Распределение давления газа по высоте
- •1.11.3 Распределение температуры газа по высоте
- •1.12 Относительный покой жидкости.
- •1.12.1 Свободная поверхность жидкости при равноускоренном или равнозамедленном прямолинейном движении.
- •1.12.2 Определение величины гидростатического давления.
- •1.13 Сила гидростатического давления, действующая на плоскую фигуру любой формы.
- •1.13.1 Сила pа
- •1.13.2. Положение центра давления.
- •1.14 Сила гидростатического давления, действующая на плоские прямоугольные фигуры.
- •1.15 Сила гидростатического давления, действующая на цилиндрические поверхности.
- •1.15.1 Первый случай цилиндрической поверхности.
- •1.15.2 Второй случай цилиндрической поверхности (вертикаль cc’ лежит внутри жидкости).
- •1.15.3 Третий случай цилиндрической поверхности.
- •1.16 Равновесие плавающих тел. Закон Архимеда.
- •1.17 Плавучесть тела и условия её обеспечения.
- •1.18 Остойчивость плавающего тела.
- •2. Основы технической гидродинамики.
- •2.1 Линия тока
- •2.2 Параллельноструйное, плавно изменяющееся и резко изменяющееся движения жидкости. Живое сечение, расход, средняя скорость и эпюра скоростей.
- •2.3 Неравномерное и равномерное, напорное и безнапорное движения жидкости.
- •2.4.1 Случай резко изменяющегося движения жидкости.
- •2.4.2. Случай плавно изменяющегося и параллельноструйного движений жидкости.
- •2.4.3 Уравнение неразрывности для газов
- •2.5 Уравнения Эйлера движения невязкой (идеальной) жидкости.
- •2.6 Интеграл Бернулли.
- •2.7 Уравнение Бернулли для идеальной несжимаемой жидкости.
- •2.8. О распределении давления в живых сечениях потока при параллельноструйном и плавно изменяющемся движениях жидкости.
- •2.9.1 Влияние неравномерности распределения скоростей u по плоскому живому сечению на количество движения (кд) массы м.
- •2.9.2. Влияние неравномерности распределения скоростей u по плоскому живому сечению на кинетическую энергию (кэ) массы м.
- •2.10 Уравнение Бернулли для целого потока реальной (вязкой) жидкости при установившемся движении.
- •2.11 Уравнение Бернулли для газов.
- •2.12 Гидравлическое уравнение количества движения для установившегося движения реальной жидкости.
- •2.13 Два режима движения реальной жидкости.
- •3. Потери напора при установившемся движении жидкости.
- •3.1 Общие указания о потерях напора. Гидравлические сопротивления.
- •3.2 Основное уравнение установившегося равномерного движения жидкости для «правильных» русел. Работа сил внутреннего трения.
- •3.3 Законы внутреннего трения в жидкости. Величина касательных напряжений трения при ламинарном движении жидкости.
- •3.4 Распределение скоростей u по живому сечению при ламинарном равномерном установившемся движении жидкости.
- •3.5 Формула Пуазейля для расхода q в круглоцилиндрической трубе. Потеря напора по длине при ламинарном равномерном установившемся движении жидкости.
- •3.6 Уравнения Навье-Стокса движения вязкой жидкости.
- •3.7 Пример точного решения уравнений Навье-Стокса.
- •4 Уравнения Рейнольдса.
- •4.1 Принципы осреднения актуальных (истинных) движений при турбулентном режиме. Пульсационные добавки.
- •4.2 Уравнения движения при турбулентном режиме потока.
- •5 Потеря напора при установившемся равномерном движении жидкости.
- •5.1 Коэффициент гидравлического трения.
- •5.2 Потери напора по длине при турбулентном установившемся равномерном движении жидкости для квадратичной области сопротивления.
- •6 Местные потери напора при турбулентном напорном установившемся движении жидкости.
- •6.1 Потери напора при резком расширении напорного трубопровода (формула Борда).
- •6.2 Остальные случаи местных потерь напора. Общая формула Вейсбаха.
- •6.3 Гидравлический расчет коротких трубопроводов.
- •6.4 Всасывающая труба насоса.
- •6.5 Гидравлический расчет длинных трубопроводов.
- •6.6 Расчёт трубопроводов для газов.
- •6.6.1 Расчет при малых перепадах давления.
- •6.6.2 Расчёт газопроводов при больших перепадах давления.
- •6.6.3 Гидравлический расчёт вытяжной дымовой трубы.
- •6.7 Понятие о гидравлическом ударе в трубопроводах
- •7 Истечение жидкости из отверстий и насадков.
- •7.1 Истечение из малого отверстия в атмосферу при постоянном напоре.
- •7.2 Траектория струи.
- •6.3 Истечение жидкости из насадков при постоянном напоре.
- •6.3.1 Внешний круглоцилиндрический насадок (насадок Вентури).
- •6.3.2 Внутренний круглоцилиндрический насадок (насадок Борда).
- •7.4 Истечение жидкости из отверстия в атмосферу при переменном напоре.
- •8 Равномерное безнапорное установившееся движение воды в открытых каналах.
- •8.1 Гидравлические элементы живого сечения потока в канале.
- •8.2 Гидравлически наивыгоднейший поперечный профиль трапецеидального канала.
- •8.3 Основные задачи при расчёте трапецеидальных каналов на равномерное движение.
- •8.4 Ограничение скоростей движения воды при расчёте каналов. Перепады.
- •1. Мероприятия по увеличению скорости .
- •2. Мероприятия по уменьшению скорости .
- •8.5 Расчёт каналов, имеющих замкнутый поперечный профиль.
- •1. Канализационные трубы.
- •9 Неравномерное безнапорное установившееся движение воды в каналах и естественных руслах.
- •9.1 Предварительные указания.
- •9.2 Основное дифференциальное уравнение неравномерного движения воды.
- •9.3 Второй вид дифференциального уравнения неравномерного движения воды.
- •9.4 Второй вид дифференциального уравнения неравномерного движения воды для случая цилиндрических русел.
- •9.5 Четыре вспомогательных понятия: удельная энергия сечения, критическая глубина, нормальная глубина, критический уклон.
- •9.6 Спокойное, бурное и критическое состояния потока.
- •9.7. Исследование форм (видов) кривой свободной поверхности потока в случае неравномерного плавно изменяющегося движения воды в цилиндрическом русле.
- •9.8 Построение кривой свободной поверхности потока по уравнению Бернулли методом конечных разностей (способ Чарномского)
- •10 Гидравлический прыжок и послепрыжковый участок.
- •10.1 Общие указания. Послепрыжковый участок.
- •10.2 Основное уравнение гидравлического прыжка.
- •10.3 Прыжковая функция. Определение одной из сопряжённых глубин по заданной другой сопряжённой глубине.
- •10.4 Основное уравнение прыжка в прямоугольном цилиндрическом русле.
- •10.5 Длина свободного прыжка в прямоугольном горизонтальном русле. Потери энергии в прыжке.
- •10.6 Особые виды гидравлического прыжка.
- •11 Водосливы
- •11.1 Терминология и классификация водосливов
- •11.2 Основная расчётная формула для прямоугольного водослива
- •11.3 Свободное истечение через неподтопленный прямоугольный водослив с вертикальной стенкой
- •11.4. Неподтопленный водослив с широким порогом
- •11.5 Критерий подтопления водослива с широким порогом
- •12 Сопряжение бьефов при устройстве плотин
- •12.1 Типы сопряжения бьефов
- •12.2. Гасители энергии потока
- •13. Плавно изменяющееся установившееся безнапорное движение грунтовой воды
- •13.1 Основные понятия
- •13.2 Ламинарная и турбулентная фильтрация
- •Значения коэффициента формы частиц крупнозернистых материалов
- •Величина коэффициента c0
- •13.3 Формула Дарси
- •13.4 Основное уравнение плавно изменяющегося безнапорного движения грунтовой воды (формула Дюпюи)
- •13.5 Определение коэффициента фильтрации в лабораторных условиях
- •13.6 Дифференциальное уравнение неравномерного плавно изменяющегося движения грунтовых вод в цилиндрическом русле
- •13.7 Интегрирование дифференциального уравнения неравномерного плавно изменяющегося движения грунтовой воды
- •13.8 Приток воды к совершенной водосборной галерее
- •Величины Jср среднего уклона кривой депрессии
- •13.9 Приток грунтовой воды к круглому совершенному колодцу
- •13.10 Фильтрация воды через однородную земляную дамбу
- •14. Основы физического моделирования гидравлических явлений
- •14.1 Общие сведения
- •14.2 Понятие о подобии гидравлических явлений
- •14.3 Критерии динамического подобия
- •14.3.1 Случай, когда на жидкость действуют только силы тяжести
- •14.3.2 Случай, когда на жидкость действуют только силы трения (вязкости)
- •14.3.3 Критерии подобия, выраженные через среднюю скорость
- •.3.4 Общий случай, когда на жидкость одновременно действуют несколько разных систем сил
- •14.4 Основные указания для моделирования гидравлических явлений
- •Требуемое для достижения динамического подобия отношение характеристики модели к соответствующей характеристике натуры
- •14.5. Пересчет модельных данных на натуру
- •1. Предмет гидрологии. Круговорот воды.
- •2. Основные элементы речных систем
- •3. Тип питания рек. Фазы водного режима.
- •4. Факторы стока воды.
- •5. Режим уровней воды в водотоках.
- •6. Ледовый режим рек
- •7. Закономерности движения воды в реках
- •8. Режим твердого стока
- •9. Русловой процесс
- •10. Инженерная гидрометрия
- •Список литературы
6. Ледовый режим рек
Значительное влияние на работу ГТС на территории России оказывает ледовый режим водного объекта. Поэтому его необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации.
Весь зимний период делят на три части: замерзание реки, ледостав и вскрытие.
Замерзание реки. При появлении отрицательных температур •воздуха начинается процесс охлаждения поверхностных слоев воды, на ее поверхности появляется так называемое сало — тонкая пленка, имеющая вид разлитой масляной жидкости. Одновременно возникают ледовые образования у берегов — забереги, то есть появляется корка тонкого льда в тихих заводях и на участках со слабым течением или почти стоячей водой.
Переохлаждение воды создает благоприятные условия для образования внутри потока кристаллов льда, которые затем объединяются в глыбы губчатой структуры. Эти образования носят название внутриводного льда.
Наиболее благоприятные условия для образования внутриводного льда создаются на участках с быстрыми течениями и каменистым дном. Внутриводный лед в реках причиняет большой вред ГТС: - закупоривает всасывающие трубы городских водопроводов, забивает турбины гидростанций, водозаборные сооружения на оросительных и осушительных системах. В этих случаях нарушается или полностью прекращается на некоторый период нормальная работа сооружений.
По мере развития процесса льдообразования массы рыхлого губчатого льда, образовавшегося внутри потока, всплывают на поверхность. Всплывший внутриводный лед, снежура, сало образуют большие скопления льда, называемые шугой. При движении шуги по поверхности водного потока (шугоход) скопления ее, соприкасаясь с холодным воздухом, смерзаются в льдины или ледяные поля, и шугоход переходит в осенний ледоход.
Осенний ледоход иногда сопровождается зажорами — скоплением в живом сечении реки масс внутриводного льда с включением мелкобитого кристаллического льда. Зажоры преграждают путь движущейся воде, вызывая подъем уровня и затопление территории.
Ледостав. С увеличением числа и размеров льдин на поверхности воды скорость движения их уменьшается. В местах сужения или крутого поворота реки, у островов или искусственных сооружений скорость плывущих льдин замедляется. Это приводит к быстрому смерзанию ледяных полей и образованию сплошного ледяного покрова, или ледостава. Замерзание реки по ее длине происходит неодновременно. Некоторые участки реки не замерзают в течение всей зимы. Такие незамерзшие участки называются полыньями. Причины их образования — большие скорости течения, например на порогах, выход в русло относительно теплых подземных вод, сброс в реку промышленных вод. Полыньи способствуют образованию внутриводного льда и зажоров.
В период ледостава на поверхности ледяного покрова иногда возникают наледи — наросты льда в виде напластований, утолщений, бугров.
После установления на реке ледяного покрова происходит увеличение его толщины. Толщина льда зависит от температуры воздуха.
Вскрытие реки. С наступлением положительных температур воздуха начинается таяние снега, льда и поступление талых вод в реки. Возле берегов, образуются полосы воды. вдоль берегов — закраины.
Увеличение расхода и повышение уровней воды реки приводит в движение ледяные массы, происходит подвижка льда. Весенний ледоход значительно превосходит осенний.
Большие массы льда, нагромождаясь в сужениях русла, образуют заторы. Заторы нередко приобретают большую силу, особенно на реках, текущих с юга на север, так как вскрытие реки в северной части происходит позднее, чем в южной. Заторы весьма опасны для расположенных вблизи ГТС.
К основным характеристикам ледового режима рек относят:
- толщину льда,
- уровни воды во время ледостав и ледоходов,
- размеры льдин при ледоходах,
- места образования полыней, заторов, зажоров, наледей.