ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Гидравлика. Геотехника. Гидротехническое строительство

Модель процесса свободного растекания двухмерного в плане водного потока за безнапорными отверстиями

  • Коханенко Виктор Николаевич - Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова)
  • Александрова Мария Сергеевна - Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова)
  • Кондратенко Анатолий Иванович - Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева (РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева)
DOI: 10.22227/1997-0935.2021.1.67-74
Страницы: 67-74
Введение. Строительство гидротехнических сооружений (ГТС) должно отвечать высоким требованиям надежности водопроводящих каналов, безнапорных труб, открытых водосбросов. Расчет ГТС необходимо выполнять с учетом динамических свойств воздействующего на них потока. Теория одномерных открытых потоков, используемая на практике, содержит некоторые общие указания без детального их рассмотрения. Использована теория двухмерных плановых открытых течений, а именно метод характеристик, предложенный и развитый в работах И.А. Шеренкова. Материалы и методы. В работах Б.Т. Емцева указано, что равномерный поток можно сопрячь с течением общего вида только с помощью промежуточного течения «простая волна», но подтверждения этого не приводится. Нами выделено и проанализировано в плоскости годографа течение общего вида. Затем определены характеристики первого семейства потока. Переход в физическую плоскость потока позволил определить координаты точек характеристик второго семейства, что дало возможность найти координаты точек крайней линии тока и определить ее геометрию. Результаты. Предложенная математическая модель, которая при решении граничной задачи свободного растекания бурного, потенциального, двухмерного в плане, открытого, стационарного водного потока при его безнапорном истечении в широкое горизонтальное гладкое русло позволила удовлетворить как системе уравнений движения потока, так и граничным условиям. Выводы. Понятие течения общего вида (ранее неизвестное) и решение уравнений движения в плоскости годографа скорости помогли доказать теоретически возможность применения его в решении задачи свободного растекания потока. Получено простое аналитическое решение в плоскости годографа скорости. Теоретическое значение этой математической модели заключается в возможности поэтапного ее расширения для решения практических задач и усложнения от выявления основных закономерностей упрощенной модели потенциального потока, до практического использования результатов моделирования. Реализация методики в виде программы расчета поможет использовать ее проектировщиками ГТС. Это — первый этап решения задачи, который на следующих этапах позволит учесть силы сопротивления потоку.
  • бурный поток;
  • течение «простая волна»;
  • математическая модель;
  • свободное растекание;
  • определение координат в физической плоскости;
  • плоскость годографа;
  • характеристики потока;
Литература
  1. Коханенко В.Н., Бурцева О.А., Александрова М.С. Двухмерный в плане вихреисточник // Строительство и архитектура. 2020. Т. 8. № 2. С. 44–48. DOI: 10.29039/2308-0191-2020-8-2-44-48
  2. Высоцкий Л.И. Управление бурными потоками на водосбросах. М. : Энергия, 1977. 280 с.
  3. Емцев Б.Т. Двухмерные бурные потоки. М. : Энергия, 1967. 212 с.
  4. Шеренков И.А. Расчет растекающегося бурного потока за выходными оголовками водопропускных сооружений // Труды объединенного семинара по гидроэнергетическому и водохозяйственному строительству. Харьков, 1958. Вып. 1.
  5. Волченков Г.Я. Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений. М. : Транспорт, 1992. 407 с.
  6. Kokhanenko V.N., Burtseva O.A., Alexandrova M.S. Two-dimensional plan source, vortex and vortex source // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1029. P. 012023. DOI:10.1088/1757-899X/1029/1/012023
  7. Kondratenko A.I., Alexandrova M.S. Estimation of a motion equations system of a potential two-dimensional in a water flow plan to dimensionless form // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. P. 012122. DOI: 10.1088/1757-899X/1030/1/012122
  8. Коханенко В.Н., Александрова М.С. Сопряжение двух равномерных потоков // Строительство и архитектура. 2020. Т. 8. № 4. С. 83–86. DOI: 10.29039/2308-0191-2020-8-4-83-86
  9. Aldungarova A., Sarabekova U., Zhusupbekov A., Tanaka T., Tanzharikov P. The influence of experimental studies on the stability of hydraulic structures // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. P. 012113. DOI: 10.1088/1757-899X/1030/1/012113
  10. Krutov A., Choriev R., Norkulov B., Mavlyanova D., Shomurodov A. Mathematical modelling of bottom deformations in the kinematic wave approximation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. P. 012147. DOI: 10.1088/1757-899X/1030/1/012147
  11. Kuchkarova D., Achilova D. Model of rainwater runoff formation on the surface of complex topography // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. P. 012107. DOI: 10.1088/1757-899X/1030/1/012107
  12. Qosimov J., Nasritdinova U., Nasritdinov A. Dynamic and kinematic conditions for designing water channels // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. P. 012118. DOI: 10.1088/1757-899x/1030/1/012118
  13. Shaazizov F. Studies of turbulent flow characteristics of dividing open water streams // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. P. 012141. DOI: 10.1088/1757-899x/1030/1/012141
  14. O’Brien J.S., Julien P.Y., Fullerton W.T. Two‐dimensional water flood and mudflow simulation // Journal of Hydraulic Engineering. 1993. Vol. 119. Issue 2. Pp. 244–261. DOI: 10.1061/(asce)0733-9429(1993)119:2(244)
  15. Kosichenko Yu.M., Baev O.A. Design of impervious coatings with enhanced reliability made from innovative materials // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. Pp. 1503–1509. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.096
  16. Kosichenko Yu.M., Baev O.A. Efficiency and durability of the linings channels of geosynthetics // Magazine of Civil Engineering. 2020. No. 96 (4). Pp. 42–59. DOI: 10.18720/MCE.96.4
  17. Kosichenko Yu.M., Baev O.A. Water permeability of the polymer screen with a system of slits of hydraulic structures // Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 83 (7). Pp. 148–164. DOI: 10.18720/MCE.83.14
  18. Дуванская Д.В. Современные методы расчета дорожных водопропускных сооружений // Экология, технология и оборудование : сб. науч. тр. Ростов н/Д., 2001. С. 94–98.
  19. Дуванская Д.В. Аналитическое решение задачи сопряжения открытых спокойных потоков воды при их расширении // Экология, технология и оборудование : сб. науч. тр. Ростов н/Д., 2002. С. 67–74.
  20. Дуванская Д.В. Существо аналитического метода решения практических задач открытых плановых потоков с использованием вспомогательной плоскости годографа скорости потока // Мелиорация антропогенных ландшафтов : сб. науч. тр. Новочеркасск, 2002. С. 52–56.
  21. Папченко Н.Г. Общая технология решения практических задач гидравлики двухмерных в плане стационарных бурных водных потоков аналитическим методом с использованием плоскости годографа скорости // Вестник ВГУ. Серия: Физика. Математика. 2014. № 2. С. 162–166.
  22. Коханенко В.Н., Александрова М.С. Метод решения граничных задач по течению двухмерных в плане потенциальных потоков с использованием преобразования С.А. Чаплыгина // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2020. № 4 (208). С. 19–22. DOI: 10.17213/1560-3644-2020-4-19-22
  23. Александрова М.С. Метод аналогий между гидравликой двухмерных в плане водных потоков и газовой динамикой // Строительство и архитектура. 2020. Т. 8. № 2. С. 49–52. DOI: 10.29039/2308-0191-2020-8-2-49-52
  24. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. М. : Колос, 2005. 656 с.
  25. Липанов А.М., Кисаров Ю.Ф., Ключников И.Г. Численный эксперимент в классической гидромеханике турбулентных потоков. Екатеринбург : УрО РАН, 2001. 160 с.
СКАЧАТЬ (RUS)