Введение к работе
Актуальность темы. Современная гидротехническая наука и практика располагают целым рядом конструкций нижнего бьефа трубчатых гидросооружений. Большинство из них отличаются материалоемкостью и трудозатратами из-за недостаточной изученности гидравлики сопряжения потоков в нижнем бьефе при сосредоточенном выходе из труб. В соответствии с Концепцией экономического развития, направленной на знерго- и ресурсосбережение, есть необходимость совершенствовать устройство нижнего бьефа трубчатых водосбросов-водоспусков, наиболее шороко применяемых в гидромелиоративном и рыбо-хозяйственном строительстве Республики Беларусь и в Калининградской области России.
Исследования последних лет подтверждают высокую эффективность решетчатых гасителей энергии воды. Существует несколько типов таких конструкций, применяемых в устройствах нижнего бьефа водосбросных сооружений открытого и закрытого типов. Разработаны основы теории их расчета (Факторович,1956; Петров,1964; Ларьков,1987;) Но имеющиеся аналитические зависимости довольно громоздки и сложны, или применимы только для водосбросов открытого типа. Цель работы и задачи исследований:
Обосновать применимость решетчатых гасителей для низконалор-кых трубчатых водосбросов-водоспусков и разработать устройство нижнего бьефа с решетчатым гасителем на трапецеидальном водобое. Для этого: 1) исследовать влияние конфигурации и параметров решетчатого гасителя на гидравлические характеристики сопряжения бьефов в зависимости от чисел Фруда на выходе трубы, ее размеров, а так же глубины в отводящем русле с учетом его формы; 2) определить рациональные параметры решетчатого гасителя, при которых в трапецеидальном русле за трубчатым водосбросом создается благоприятный гидравлический режим сопряжения по типу поверхностного гидравлического прыжка; 3) установить гидравлические и кинематические характеристики потока за решетчатым гасителем, подтверждающие, что такой гаситель эффективен при различных режимах эксплуатации; 4) разработать методику расчета решетчатых гасителей применительно к трапецеидальным сопрягающим руслам.
Связь работы с крупными научными программами. Материалы исследований явились частью научной программы по разработке новых
конструкций нижнего бьефа гидротехнических сооружений с целью внедрения их в типовые проекты ( по заказу Концерна Белгипровод-хоз в 1987-1989 г.).
Научная новизна полученных результатов. На основе комплексных гидравлических исследований получены новые научно обоснованные экспериментальные данные, которые в совокупности дают научный и практический вклад в развитие гидравлики нижнего бьефа трубчатых сооружений.
Диссертация основана на физическом моделировании гидравлических явлений при сопряжении бьефов за однотрубными водопропускными сооружениями круглого и прямоугольного сечения, на трапецеидальном водобое-рисберме при использовании решетчатых гасителей и растекателей типа рассеивающих порогов и стенок. Сопряжение бьефов моделировалось в пространственных условиях для коэффициента относительного расширения русла (0<7) и коэффициентов заложения откосов ( m-l; 1,5; 2). Диапазон расходов модели: от Qmir>-7,5 л/с До Qmax-15,5 л/с, масштаб модели- 1:20; диапазон чисел Фруда в начальном сечении: Fr0-l.-.6 (в основном и до 12 - в некоторых экспериментах).
Обоснована новая конструкция решетчатого гасителя и разработана методика расчета его параметров, основанная на эмпирических и аналитических зависимостях для определения угла наклона гасителя к водобою, смежного угла между балками решетки, их длина. Установлено, что для трапецеидальных водобоев рациональной формой решетки является веерная.
Определено расстояние, на котором следует устанавливать решетчатый гаситель от выхода из трубы. Установлено также, что при величине удельной энергии потока, с которой сопоставимы числа Фруда более четырех, следует использовать комбинацию гасителя с растекателем. Параметры растекателя новой конструкции и место установки его на водобое относительно выхода из трубы так же получены экспериментально:
Аппроксимацией экспериментальных зависимостей изменения длины зоны сопряжения и второй сопряженной глубины гидравлического прыжка от режима сопряжения и коэффициента заложения откосов впервын получены эмпирические расчетные зависимости.
Практическая значимость полученных результатов. Результаты исследований послужили составной частью научного отчета, на основе которого выпущены Концерном Белгипроводхоз Технические реко-
мендации по проектированию решетчатых гасителей.
Введено в эксплуатацию водосбросное сооружение при плотине на объекте Городокский (участок Шииты), модельные испытания которого выполнялись при участии автора.
Экономическое значение. Предлагаемое устройство нижнего бьефа с решетчатым гасителем позволяет на 16% сократить затраты по монолитному и сборному железобетону в сравнении с существующим устройством нижнего бьефа с шашечным гасителем (ТПР: ВШ-Х-15х20) для аналогичных эксплуатационных условий.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
устройство нижнего бьефа с решетчатым гасителем и растекате-лем новой конструкции, обеспечивающее устойчивый гидравлический режим сопряжения бьефов за водопропускными сооружениями с круглыми и прямоугольными трубами на трапецеидальном водобое;
экспериментальное обоснование параметров устройства в зависимости от гидравлических и кинематических характеристик потока за гасителем и полученные аппроксимацией эмпирические зависимости для расчета гидравлического прыжка в трапецеидальном русле с решетчатым гасителем;
-методика расчета и проектного обоснования устройства нижнего бьефа с решетчатым гасителем в трапецеидальном сопрягающем русле.
Личный вклад соискателя. Все проведенные исследования и выводы на основе их результатов сделаны без соавторов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях Белорусской сельскохозяйственной академии в 1988, 1989 г.; на расширенном заседании инженерных кафедр БСХА в 1997 г.; заседании секции Совета Белорусской государственной политехнической академии в 1998 году.
Публикации. По теме исследований опубликованы 4 статьи.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций, списка литературы (более 100 источников, в той числе 10 иностранных ). Содержит 90 стр. машинописного текста, 80 рисунков и 9 таблиц.
Водопропускные сооружения низконапорных гидроузлов мелиоративного и рыбохозяйственного назначения в Беларуси и Северо-западном регионе России в более, чем половине.технических решений имеют трубчатый водопропускной тракт.
Гидротехническая практика показала, что нашедшие широкое применение водобойные колодцы и прорезные стенки являются далеко не лучшими гасителями для трубчатых водопропускных сооружений.
Далее во введении отмечаются другие типы гасителей энергии потока, указывается недостаточная изученность данного вопроса, подчеркивается значение модельного изучения гасителей и гидравлики сопряжения бьефов и делается вывод о необходимости проведения исследований.
Похожие диссертации на Устройства нижнего бьефа с решетчатым гасителем в трапецеидальных руслах для трубчатых водосбросов-водоспусков
