11.2 Волны при обтекании препятствий.

Известно, что при движении тела на большой глубине в идеальной жидкости также как и при обтекании препятствий неограниченным потоком идеальной жидкости результирующая сила, действующая со стороны жидкости на тело или на препятствие равна нулю. Причина этого в том, что механическая энергия движущегося тела или потока в тепло не переходит и не распространяется вдаль от места взаимодействия потока и препятствия (тела).

Совсем иной результат имеет место, если

1. Тело движется так близко к свободной поверхности, что на ней возникают волны;

2. Глубина потока со свободной поверхностью такова, что за препятствием образуются волны.

В обоих случаях волны, распространяясь, уносят с собой некоторую часть механической энергии. Поэтому, например, при движении тела под свободной поверхностью (или при движении цилиндра, пересекающего свободную поверхность) необходимо даже в случае идеальной жидкости затрачивать некоторое количество энергии, которая затем перейдет в энергию волн.

Величина энергии в единицу времени, требуемой для движения тела с образованием волн, может быть определена по формуле

,

где – сила сопротивления, действующая на тело,– скорость движения тела.

Сила сопротивления , связанная с образованием волн, имеет в данном случае особый смысл – она существует и в идеальной и в реальной (вязкой) жидкости и называется волновым сопротивлением.

Простейшим примером того, что на образование волн необходима энергия, служит такой: после прохождения судна вдоль берега водоема волны, образованные судном достигают берега и производят работу: по размыву берега, создают весьма ощутимые ударные нагрузки, поднимают со дна песок, выбрасывают плавающие предметы на берег. Вполне понятно, что эта энергия, в конечном счете, получена от двигателя судна.

12. Движение наносов в открытых потоках.

12.1 Основные определения.

Наносами называются твердые частицы грунта, переносимые водными потоками. Условно наносы делят на два типа:

1. Влекомые по дну или донные.

2. Взвешенные.

В русло наносы попадают вместе с водой, которая смывает частицы грунта и приносит их в поток. Частично наносы создаются за счет размыва русла на некоторых его участках. Наносы бывают различной величины и формы. Более крупные наносы, благодаря истиранию в процессе перемещения, имеют форму, близкую к шару или эллипсоиду; мелкие наносы, передвигающиеся во взвешенном состоянии, имеют форму пластинок.

Несмотря на различие в размерах и форме, наносы характеризуются значением среднего диаметра. С этой целью наносы делят на фракции; для этого производится просеивание их через сита – таким образом устанавливается геометрическая характеристика наносов. На основе этой характеристики устанавливается гидравлическая характеристика – гидравлическая крупность. Во многих случаях возможно установить связь между размером частицы D и скоростью падения её в покоящейся воде W. Например, рассматривая равномерное падение в воде частиц наносов малого диаметра (при ) получена зависимость

,

где - ускорение силы тяжести,- диаметр частицы,- плотность материала наносов,- плотность воды,- кинематический коэффициент вязкости воды. Опыты подтверждают эту зависимость для частиц смм.

В связи с изучением движения наносов все русла можно разделить на 2 типа:

1. Русла, которые при определенных скоростях воды могут размываться и насыщают поток взвешенными частицами грунта;

2. Русла, совсем не поддающиеся размыву (неразмываемые) – например, бетонированные; в таких руслах может происходить только осаждение наносов из воды и в результате такие русла могут только заиливаться.

Грунты, образующие русло, могут быть:

а) Связными, когда между частицами грунта существуют силы сцепления; примером такого грунта является глина.

б) Несвязные, лишенные сил сцепления; примером такого грунта является песок, гравий и т.д.