Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»

Омск – 2018

Рецензент

СибАДИканд. техн. наук, доц. Нестеров А.С. (СибАДИ)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве практикума.

Троян, Тамара Петровна.

Т76 Инженерная г дрология в ла ораторных и практических работах [Элек-

тронный ресурс] : практ кум / Т. П. Троян. – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2018. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для автор зованных пользователей.

Является вспомогательным материалом к самостоятельной подготовке и выполнению лабораторных и практических работ по разделам дисциплины «Инженерная гидрология».

Имеет интерактивное оглавление в виде закладок. Содержит видеофрагменты обучающего и демонстрационного характера, которые воспроизводятся с помощью проигрывателя Windows Media.

Рекомендован для обучающихся всех форм направления «Строительство» и специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений».

Подготовлен на кафедре «Проектирование дорог».

Мультимедийное издание (3,2 МБ)

Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ; 1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов

Adobe Acrobat Reader; Google Chrome ; Windows Media Player, колонки

Редактор Н. . Косенкова Техническая подготовка Н.В Кенжалинова

Издание первое. Дата подписания к использованию 17.04.2018 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018

ВВЕДЕНИЕ

В дорожно-мостовом строительстве необходимость использо-

вать различные параметры водного потока возникает на стадии изысканий автомобильных дорог и мостовых переходов, при их проекти- Сровании, разработке проектов организации строительства дорог, водопропускных труб, мостов и других дорожных водопроводящих сооружен й. Г дролог ческие данные широко используются и во время их стро тельства эксплуатации. Чтобы рационально проектировать, строить эксплуат ровать транспортные сооружения, требуются за длительный пер од подробные сведения о гидрологическом режиме водных объектов, в зи которых они расположены или пересекают их. Гидролог ческ ми и гидравлическими факторами определяются

обеспечения (струенаправляющиеАдам ы), должен обеспечивать безопасный про-

генеральные размеры сооружений: отверстия мостов и труб, глубина заложен я фундаментов опор мостов, отметки бровок земляного по-

пуск высоких вод и ледохода. При взаимодействии потока с сооружениями мостового перехода возникают интенсивные размывы русла вследствие стеснения потока, которыеДтакже должны быть учтены при проектировании мостов. Размывы русел возникают и в нижних бьефах водопропускных труб.

Цикл лабораторных и практических работ по дисциплине « н- женерная гидрология» преследует цель познакомить студентов с явлениями, происходящими в руслах рек в естественномИсостоянии и при стеснении их транспортными сооружениями, используя уникальный лабораторный комплекс, состоящий из трёх модулей:

1) аэродинамическая модель криволинейного участка русла;

2) четыре лотка, наполненные песком разных фракций; 3) модель мостового перехода сбереговым устоем и опорами.

Наличие библиотеки «Гидрологических ежегодников» на кафедре «Проектирование дорог», включающих данные натурных наблюдений за режимом рек на водомерных постах, даёт возможность познакомить студентов с различными методиками гидрологических расчётов, а также возможность самостоятельного исследования конкретных водных объектов в различных климатических зонах.

3

1.КОМПЛЕКС АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

ИИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Особенность предлагаемых лабораторных работ состоит в том,

что в их основе лежит принцип моделирования открытых водных потоков на напорных воздушных моделях, покрытых стеклом, имити-

СибАДИрующим свободную поверхность водного потока.

Аэрод нам ческ е модели используются для изучения водных потоков с серед ны XIX в. Такое моделирование возможно только в том случае, если ч сло Фруда водного потока удовлетворяет условию: Fr 0,1.Следует заметить, что этому условию удовлетворяют равнинные реки некоторые реки предгорных областей.

корость дв жен я воздуха на модели должна быть такой, чтобы не было проявлен я эффектов, связанных с его сжимаемостью. Сжимаемостью воздуха можно пренебречь, если скорость его движения будет удовлетворять условию: u 100м/с. Используемые на моделях вент ляц онные установки создают на них скорости движения воздуха, меньш е указанного предельного значения. С тем чтобы движение воздуха ыло устойчивым, лабораторные установки работают по принципу всасывания в них воздуха с помощью вентиляторов.

Наличие стекла, заменяющего на модели свободную водную поверхность, создает дополнительное сопротивление движению воздуха, хотя шероховатость стеклянной поверхности намного меньше шероховатости поверхности русла на модели. Это, в частности, проявляется в том, что максимальная скорость на вертикали в условиях модели находится не на свободной поверхности, как в натурном потоке, а немного ниже этого уровня. Однако при проведении исследований обработке их результатов эта особенность потока на модели приниматься во внимание не будет, учитывая, что ошибки в расчетах при таком допущении, как правило, не превышают ошибку измерений.

Лабораторные исследования не ставят перед собой задачу моделирования явлений в какой-то конкретной реке или на каком-то конкретном мостовом переходе. Однако явления на модели должны протекать так, как это происходит в натуре. Для этого следует выполнить некоторые дополнительные условия, которые вытекают из принципов физического моделирования явлений. Но эти вопросы в круг задач, рассматриваемых в лабораторных работах, не входят.

4

На практике эти дополнительные условия сводятся к тому, чтобы скорость движения воздуха на модели не опускалась ниже вышеуказанного предела. Как показали специальные методические испытания установок, при проведении исследований на модели меандрирующего русла дополнительное требование будет выполнено, если

Свключить вентилятор на полную мощность; на остальных установках эти требования выполняются, если скорость воздуха равна или превышает вел ч ну неразмывающей.

Комплекс ун кальных лабораторных установок состоит из трёхимодулей, смонт рованных на металлических каркасах, опирающ хся на бетонное горизонтальное основание большого лотка в лаборатор «Г дравл ка инженерная гидрология» (рис. 1).

бА Д И

Рис. 1. Комплекс лабораторных установок для изучения открытых потоков

5

6

Рабочая схема комплекса представлена на рис. 2.

Каждая установка оборудована вентилятором, работающим на всасывание, и песколовкой. В комплект оборудования входят:

– микроманометр многодиапазонный с наклонной трубкой

А – местная скорость ее движенияДалее. 2 оно уменьшается, переходит

через нулевое значение, становится отрицательным и на расстоянии

от носовой части, приблизительно равном 3D, где D – внешний диаметр трубки, приближается к нулю. Следовательно, давление в этом сечении изогнутого конца трубки Пито малоИотличается от статиче-

ского, поэтому здесь можно размещать пьезометр, который представляет собой прорезь во внешней трубке. Тем самым установлено, что длина изогнутой части трубки Пито должна быть не менее трех ее внешних диаметров.

В отличие от трубки Пито ММН не имеет длинного изогнутого носка и представляет собой внешнюю металлическую трубку 1 диаметром D , внутри которой расположена трубка полного давления 2 меньшего размера (рис. 3). Конец внутренней трубки изогнут, но изгиб не выходит за пределы размеров внешней трубки. Такая конструкция измерительной трубки объясняется тем, что в поток она вво-

7

дится через круглые отверстия в стекле, заменяющем на воздушной модели свободную водную поверхность натурного водного потока.

Си бА Д И

Рис. 3. Микроманометр многодиапазонный с наклонной трубкой (ММН): 1 – трубка, измеряющая статический напор; 2 – трубка, измеряющая полный напор; 3 – резиновые вакуумные шланги; 4 – резервуар

со спиртовым раствором; 5 – наклонная стеклянная трубка

8

Строго напротив открытого конца внутренней трубки полного давления расположено отверстие (пьезометр) во внешней трубке для приема статического давления. Но внешняя трубка измерительного прибора представляет собой тело плохо обтекаемой формы. Поэтому динамическое давление в его кормовой части, где расположено отверстие для приема статического давления, отличается от нулевого. Это является источником погрешности измерений. Кроме того, размеры и тщательность выполнения приемных отверстий трубок также влияют

где h – разница между полным и статическим напором; g – ускорение свободного падения; c – плотность рабочей жидкости в микроманометре (обычно это спирт).

9