Коловорот. D

Рис.8.6.

Глибини, швидкості і питомі витрати води в області розтікання, визначають за графіком І. А. Шеренкова (рис. 8.7). На графіку нанесені лінії течії, лінії рівних глибин і швидкостей в області розтікання потоку ( до повздовжньої осі потоку – осі симетрії) Лінії течії проведені та, що між двома суміжними лініями протікає 10% загальної витрати. Лінії рівних відносних глибин проведені для різних значень через кожні 0,1 : ( h – глибина у даній точці, h₁ – глибина на виході з верхнього б'єфа перерізу).

Рис.8.7.

Графік побудовано у безрозмірних координатах та

де b – розмір каналу у верхньому б'єфі. Знаючи величини b і Fr₁, будуємо дійсні координати ліній течії та лінійних рівних глибин. x та y.

Глибина потоку у кожній довільній точці графіку визначають із залежності:

(8.21)

де h_вих. – глибина потоку на виході з верхнього б'єфа.

Швидкість у довільній точці потоку визначають так:

(8.22)

Де число Фруда визначають за виразом:

Відстань від початкового перерізу до перерізу повного розтікання обчислюють за імперичною формулою Г. А. Лілицького:

(8.23)

На графіку Шеренкова ця відстань визначається координатою х, котра відповідає точці перетину , з лінією течії . Глибину в перерізі повного розтікання h_p знаходять як середню величину для п'яти точок перерізу: на осі потоку , для двох крайніх струминок, які відповідають значенням , і двох проміжних струминок при .

При вільному розтіканні, крайні струминки у перерізі повного розтікання, відбиваються від стінок русла, і як наслідок виникнення косих стрибків.

Відстань від перерізу повного розтікання до точки Е , в якій перетинаються косі стрибки визначають за формулою:

(8.24)

де і – кут відхилення косого гідравлічного стрибка (рис.8.6).

Відривні течії. Такі течії виникають у випадках обтікання потоком рідини, як плавних поверхонь так і поверхонь з гострими кутами. Прикладом такого руху буде, рух рідини при раптовому розширенні потоку після початкового перерізу між бічними стінками каналу і зоною розтікання (рис.8.8)

Причиною виникнення відкритих течій і коловоротних зон у плані є інерція рідини, яка рухається вздовж обтічної поверхні і додатній градієнт тиску вздовж руху потоку. Під час відриву безнапірного потоку від берега суттєвим стає також вплив сили тертя на дні течії.

рис. 8.8

Відривні потоки з коловоротами теоретично розраховані недостатньо. У практиці проектування інженерних споруд, як правило, використовують емпіричні залежності.

Довжина за течією ділянки з коловоротом (рис.8.6.) визначається за допомогою формули (8.23).

Розподіл епюри швидкостей вздовж осі у, проведеної через центр:

(8.25)

де V – середня швидкість руху рідини на вході з каналу до його розширення: у – відстань, яка відраховується від стінки каналу.

Приймаючи з рівняння (8.25) знаходимо зворотну швидкість біля стінки каналу у зоні коловороту:

(8.26)

Координати центру коловороту дорівнюють:

(8.27)

(8.28)

Розділ 9.

Основи масопередачі.

Загальні відомості.

Процеси масопередачі характеризуються переносом речовин із місць з вищою концентрацією до місць з нижчою. У своєму розумінні воно відображають другій закон термодинаміки, тобто належать до процесів зрівняння потенціалу. Якщо казати іншими словами, відбувається перехід від нерівномірного стану середовища до рівномірного. Отже процес масопередачі виникає і проходить при існуванні різниці концентрацій речовини у розглядуваних точках, яку називають рушійною силою масопередачі.

Основні закономірності процесів масопередачі широко використовуються при проектуванні споруд для очистки природних і стічних вод, розрахунку умов їх скиду у природні і штучні водоймища, охороні навколишнього середовища.

Перенесення речовини відбувається за рахунок молекулярної і турбулентної дифузії (взаємне проникнення окремих частинок речовини) і шляхом конвекції (різниці осереднених швидкостей руху в перерізі потоку). Сюди також відносять і просте перемішування частинок. Однак ці процеси не треба плутати з простим переміщенням частинок у потоці (що виникає при транспортуванні їх потоком середовища).

У процесі масопередачі приймають участь як мінімум дві фази речовини: (рідка – рідка; рідка – тверда; рідка – газова; і т. д.)Компоненти, які переходять від однієї фази до іншої, називають розподіленими, а ті, що не взаємодіють між собою і навколишнім середовищем, - інертними. Процес масопередачі закінчується при досягненні стану динамічної рівноваги.