Экспериментальное обоснование гидродинамической структуры потока при его взаимодействии с донными защитными покрытиями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.16, кандидат наук Юмашева Мария Александровна

• Юмашева Мария Александровна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Юмашева Мария Александровна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИБКИХ БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ТРУБОПРОВОДОВ

1.1. Конструктивные особенности гибких защитных покрытий

1.2. Защита дна канала и речного русла от размывающего воздействия потока с помощью гибких бетонных покрытий

1.3. Использование гибких бетонных покрытий для защиты береговых откосов от волнового воздействия

1.4. Защита трубопроводных переходов через реки и каналы с помощью гибких бетонных покрытий

1.5. Проблемы и задачи научных исследований

Глава 2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЧЕНИЯ НА ПОДХОДЕ И В ПРЕДЕЛАХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

2.1. Распределение скоростей в турбулентном потоке

2.2. Динамическое взаимодействие турбулентного потока с неукрепленным речным руслом

2.3. Течение над поверхностью защитного покрытия. Эквивалентная (гидравлическая) шероховатость

2.4. Задачи экспериментальных исследований

Глава 3. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Критерии подобия лабораторных и натурных течений

3.2. Параметры гидравлического и аэродинамического экспериментальных стендов

3.3. Характеристики экспериментального измерительного оборудования

3.4. Методика исследований обтекания элементов защитного покрытия и силового воздействия на них потока

3.5. Оценка погрешностей измерений скоростей

Глава 4. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

4.1. Особенности обтекания защитного покрытия

4.2. Динамическое воздействие потока на элементы защитного покрытия

4.3. Гидравлические характеристики потока над защитными покрытиями и в зазорах между отдельными элементами

4.4. Обобщение экспериментальных данных по кинематическим и динамическим характеристикам потоков, обтекающих гибкие бетонные защитные покрытия

4.5. Рекомендации по практическому применению гибких бетонных покрытий и примеры инженерных расчётов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Список научных трудов автора

171

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное обоснование гидродинамической структуры потока при его взаимодействии с донными защитными покрытиями»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность диссертационных исследований.

Проблема крепления каналов, русел рек, водовыпусков и трубопроводных переходов через водные объекты является актуальной как в научном, так и в практическом отношении. В настоящее время гибкие защитные бетонные покрытия достаточно широко используются для решения задач по защите дна акваторий, берегоукрепления, защите инженерных сооружений: каналов, мостовых и трубопроводных переходов через водные объекты и т.д. Как правило, защитные покрытия используются в местах, где резко увеличиваются скорости водного потока, а, следовательно, и размывы основания. Вместе с тем, в ряде случаев отмечаются повреждения гибких защитных бетонных покрытий под воздействием водных потоков. При решении вопросов проектирования и строительства инженерных сооружений на водных объектах недостаточно изученной остается проблематика гидравлических сопротивлений, связанных с применением новых противоэрозионных конструкций различных модификаций.

За последнее время появились различные модификации гибких защитных бетонных покрытий, которые предназначены для укрепления дна русел и уменьшения эрозионных процессов. Это позволяет возводить гидротехнические сооружения в тех местах, где ранее из-за слабых грунтов оснований строительство было невозможно. Защитные покрытия повышают надежность, а, следовательно, увеличивают срок безаварийной эксплуатации объекта. В связи с широким использованием защитных покрытий необходимо уточнение гидравлических расчетов при решении задач проектирования, что определяет актуальность диссертационного исследования.

Конструктивно гибкие защитные бетонные покрытия представляют собой бетонные блоки, соединенные замоноличенным синтетическим канатом. Течение водного потока в русле с таким креплением до настоящего времени изучено недостаточно в связи со сложным механизмом взаимодействия поверхностного потока над покрытием и придонного течения в зазорах между элементами защитного покрытия. Поскольку придонные потоки в зазорах между элемента-

ми аккумулируют значительную часть расхода, они могут создавать опасность размыва русла. Расчетные методы для оценки опасности этих процессов при использовании защитных покрытий до настоящего времени также не разработаны, что также определяет актуальность работы.

Методика расчета гидравлических характеристик водных потоков, взаимодействующих с гибкими защитными бетонными покрытиями, в настоящее время отсутствует. Данное обстоятельство сдерживает проектирование и практическое использование таких недорогих и удобных защитных конструкций.

Степень разработанности темы исследований. Разработкой противоэро-зионных конструкций, защитой природных объектов от водной эрозии занимались известные отечественные и зарубежные специалисты в области гидравлических исследований объектов водохозяйственного, гидротехнического и природоохранного строительства. Основными исследователями в данной области являются И.И. Леви, В.Н. Гончаров, Д.И. Кумин, М.М. Овчинников, М.А. Великанов, Б.А. Бахметев, П.К. Божич, В.С. Боровков, Ю.М. Косиченко, И.С. Румянцев, Н.В. Ханов и другие. Благодаря их научным трудам удалось достичь значительных результатов в области противоэрозионных мероприятий, разработать принципы расчета, позволяющие снизить ущерб от водной эрозии.

По результатам критического анализа научной литературы по исследуемому вопросу выявлено отсутствие комплексных гидравлических и гидродинамических исследований в зоне влияния защитного покрытия, течения над поверхностью и в щелевом пространстве, особенностей течения потока в зоне его выхода в неукрепленное русло. Недостаточная изученность гидравлических характеристик течения при применении разных модификаций гибких бетонных покрытий затрудняет их внедрение в практику гидротехнического строительства.

Цель диссертационных исследований заключается в изучении гидравлических режимов водного потока в зоне взаимодействия с гибкими защитными бетонными покрытиями различных модификаций, установленными на дне водотока.

Задачи исследований:

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

- провести экспериментальные исследования течения над поверхностью защитного покрытия, в щелевом пространстве защитных покрытий и при сходе потока в зоне его выхода в неукрепленное русло;

- определить характеристики набегающего потока на подходе к защитному покрытию;

- изучить гидравлические характеристики потока при изменении формы гибких защитных покрытий;

- оценить динамическое воздействие потока на элементы (блоки) гибких защитных бетонных покрытий, особенности обтекания защитных покрытий, устойчивость защитных покрытий, установленных на дне канала;

- разработать метод расчета устойчивости гибких защитных бетонных покрытий к воздействию потока с учетом различий геометрических форм их элементов;

- сформулировать рекомендации по использованию гибких защитных бетонных покрытий при укреплении дна канала с учетом устойчивости к размыву грунтового основания русла.

Научная новизна работы. По результатам экспериментальных исследований различных конструкций универсальных гибких защитных бетонных покрытий было получено следующее:

- выполнен анализ применения универсальных гибких защитных бетонных покрытий в гидротехническом и природоохранном строительстве;

- впервые экспериментально исследованы особенности гидравлических характеристик потока в зоне взаимодействия с универсальными гибкими защитными бетонными покрытиями различных модификаций;

- определены значения коэффициентов гидродинамического сопротивления и подъёмной силы для различных модификаций универсальных гибких бетонных защитных покрытий;

- получено экспериментально распределение скоростей на подходе к универсальному гибкому защитному бетонному покрытию, в щелевом пространстве между отдельными элементами покрытия и над его поверхностью;

- изучено гидродинамическое воздействие водного потока на исследуемое покрытие, выполнена оценка устойчивости элементов защитного покрытия;

- установлены зависимости основных гидравлических характеристик исследуемых покрытий при изменении геометрической формы отдельного элемента защитного покрытия;

- определены особенности использования конструкций из универсальных гибких защитных бетонных покрытий в гидротехническом и природоохранном строительстве.

Теоретическая и практическая значимость работы. Обтекание гибких бетонных защитных покрытий, представляющих собой макрошероховатость, сильно влияющую на структуру водного потока, является мало исследованной областью гидравлики. При течении водных потоков в зазорах между элементами защитного покрытия аккумулируется значительная часть расхода, что создает опасность размыва грунтов основания русла. Расчетные методы для оценки опасности этих процессов при использовании защитных покрытий до настоящего времени также не разработаны, что составляет теоретическую значимость работы.

Практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов связана, прежде всего, с вопросами проектирования при использовании защитных покрытий в гидротехническом и природоохранном строительстве, в том числе при сооружении переходов нефте- и газопроводов через водные объекты.

Методология и метод исследований. Достигнуто повышение точности и надёжности гидравлических расчётов при применении гибких защитных бетонных покрытий с учетом полученных значений коэффициентов сопротивления и подъёмной силы. Метод исследования - экспериментально-аналитический, опирающийся на апробированные методики исследований с использованием

базовых положений гидравлики и экспериментальных данных по гидродинамическим характеристикам потока, взаимодействующего с защитным покрытием. Экспериментальные данные получены на современном высокоточном оборудовании.

Личный вклад соискателя заключается в формулировании и постановке задач исследований; самостоятельном проведении экспериментальных исследований по определению гидродинамических характеристик турбулентного потока, обтекающего защитные покрытия; анализе и обобщении полученных результатов.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

- значения коэффициентов гидравлического сопротивления и коэффициента подъёмной силы защитных покрытий, установленных экспериментально на гидравлическом и аэродинамическом стендах и изменяющихся в зависимости от числа Рейнольдса;

- результаты экспериментальных исследований распределения скоростей в потоке над поверхностью защитного покрытия, в щелевом пространстве между отдельными элементами покрытия, а также придонных скоростей в зоне влияния покрытия;

- результаты экспериментального изучения гидродинамического воздействия водного потока на различные модификации защитных покрытий;

- распределение гидродинамического давления по поверхности защитного покрытия;

- методика расчета устойчивости бетонных защитных покрытий в канале с учетом влияния формы элементов покрытия на распределение скоростей.

Степень достоверности и апробация результатов. Результаты диссертационной работы основаны на экспериментально-аналитических методах исследования, обусловлены представительным массивом экспериментальных данных, полученных на высокоточном современном оборудовании, проанализированных и обобщенных автором. Основные положения работы были опубликованы в 7 научных статьях, были представлены и получили положительную

оценку на 4 научных конференциях: Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 27-29 апреля 2016 г.); Всероссийском научно-практическом семинаре, посвященному памяти доктора технических наук, профессора С.М. Слисского «Современные проблемы гидравлики и гидротехнического строительства» (Москва, 16 мая 2018 г.); Втором Всероссийском научно-практическом семинаре «Современные проблемы гидравлики и гидротехнического строительства» (Москва, 22 мая 2019 г.); XXII Международной научной конференции "Строительство - формирование среды жизнедеятельности" (Ташкент, Узбекистан, 18 - 21 апреля 2019 г.).

Публикации.

По результатам диссертационных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе: 4 статьи в изданиях, входящих в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук»; 2 статьи в рецензируемых журналах, индексируемых в базах Web of Science и Scopus; 1 статья в других печатных изданиях. В диссертации использованы результаты научных работ, выполненных автором - соискателем ученой степени кандидата технических наук - лично и в соавторстве. Список опубликованных научных работ Юмашевой М.А. (лично и в соавторстве) приведен в списке публикаций по теме диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 108 наименований, в том числе 27 - на иностранном языке, 5 приложений. Объем диссертации без учета приложений составляет 140 страниц машинописного текста, общий объем, включая приложения 172 страницы, в том числе включает 89 рисунков и 23 таблицы.

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИБКИХ БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И

ТРУБОПРОВОДОВ

1.1 Конструктивные особенности гибких защитных покрытий

При проектировании и строительстве различных сооружений, находящихся в зоне действия водных потоков, предъявляются повышенные требования к их надежности и эксплуатации. [70,78]. В связи с этим перед инженерами встает много технически сложных задач:

- защита подводных переходов трубопроводов;

- защита опор мостов;

- защита дна акватории портов;

- укрепление откосов, насыпей, склонов;

- водоотвод из оврагов и кюветов.

Эти задачи зачастую решают с помощью универсальных гибких защитных бетонных матов (УГЗБМ), конструкция которых была запатентована еще в 1999 г. Конструкция УГЗБМ представляет собой набор из 36 бетонных блоков, соединённых между собой синтетическим канатом [54,68,69]. В крайних блоках имеются выпуски каната, выполняющие функцию монтажных петель. У конструкций УГЗБМ есть различные модели (модификации), пример одной из моделей приведен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Универсальные гибкие защитные маты

Разработка УГЗБМ позволила принципиально по-новому вести работы по их укладке на защищаемые участки речных русел и ремонтируемые сооружения. Скрепляясь друг с другом с помощью скоб или связываясь канатом, маты образуют сплошное бетонное «одеяло», надежно противостоящее водным потокам, льдинам, топлякам и проплывающим предметам. В отличие от сооружения габионов, требующих наличие щебня в месте производства работ, трудоемкой и кропотливой работы по раскладке сеток, их скреплению и заполнению щебнем, маты (УГЗБМ) доставляются на объект уже готовым изделием, не требующим дополнительной сборки и комплектации. Таким образом, монтаж гибких защитных покрытий существенно упрощается (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Монтаж гибких защитных бетонных покрытий

В настоящее время существуют различные модификации гибких защитных покрытий с отличающимися размерами отдельных блоков, представленные в таблицах 1.1, 1.2.

Таблица 1.1 - Геометрические размеры бетонных блоков матов УГЗБМ

№ Наименование показателя Значения показателей для моделей УГЗБМ

Модель №1 Модель №2 Модель №3 Модель №4

1 Габаритные размеры блока (А х А), мм 300х300 300х300 300х300 300х300

2 Размеры вершины верхней части блока (В х В), мм 190х190 260х260 230х230 260х260

3 Размеры вершины нижней части блока (С х С), мм 190х190 260х260 230х230 190х190

4 Высота верхней части блока (Их)/ высота нижней части блока (Н2), мм 120/120 30/30 75/75 30/120

5 Объем бетона в мате, м3 0,527 0,170 0,381 0,348

Таблица 1.2 - Геометрические размеры бетонных блоков матов УГЗБМ-С

№ Наименование показателя Значения показателей для моделей УГЗБМ-С

Модель №1 Модель №2 Модель №3 Модель №4

1 Габаритные размеры блока (А х А), мм 300х300 300х300 300х300 300х300

2 Диаметр окружности верхней части блока мм 174 211 190 190

3 Размеры вершины нижней части блока (С х С), мм 190х190 260х260 230х230 190х190

4 Высота верхней части блока (Их) / высота нижней части блока (Н2), мм 50/190 30/30 40/110 40/60

5 3 Объем бетона в мате, м 0,51 0,166 0,37 0,26

В диссертации рассматривались защитные покрытия двух модификаций: УГЗБМ (рисунок 1.3) и УГЗБМ-С (рисунок 1.4).

Рисунок 1.3 - Схема блока мата УГЗБМ

Рисунок 1.4 - Схема блока мата УГЗБМ-С

1.2 Защита дна канала и речного русла от размывающего воздействия потока с помощью гибких бетонных покрытий

Гибкие защитные бетонные покрытия рекомендуется использовать для:

■ предотвращения деформации берегов и дна акваторий портов и каналов;

■ защиты размываемых грунтов у основания причальных сооружений, подверженных воздействию течения, давления и противодавления потоков воды, вызванных струей от вращения судовых винтов.

При движении водного транспорта сильно изменяется характер движения водных масс, что приводит к деформациям дна и берегов рек, портов, каналов [2]. Деформации русла вызываются не только неустановившимся характером движения воды, но и такими факторами, как:

■ изменение скорости течения воды и, следовательно, касательных напряжений между отдельными струйками при движении судов;

■ возникновение волн от движения водного транспорта;

■ выпуски со стоками грунтовых и поверхностных вод;

■ ледовые воздействия.

При работе винтов от моторов судоходного транспорта водные потоки распространяются в канал с большими скоростями, данные водные массы достигают дна и откосов, и часто превышают максимально допустимые значения неразмывающих скоростей для грунтов дна канала.

При изучении вопроса руслового процесса в современных условиях, формировании речного русла, а именно выработке его форм и размеров, главной особенностью является постоянное взаимодействие водного потока с дном русла. Данный процесс приводит к эрозии русла из-за воздействия турбулентного потока, образующего наносы и вызывающего крупные скопления частиц пород (грунта), откладывающихся в основании дна русла или канала. Интенсивность водной эрозии зависит от двух факторов: энергии потока и физических свойств грунтов, лежащих в основании русла или канала, а именно способности сопротивления размыву поверхности, по которой стекают эти воды. Так как описанный процесс постоянен во времени, перед инженерами встает ряд задач, связанных с защитой дна канала и речного русла от размывающего воздействия потока. Одним из вариантов решения данной задачи является защита дна канала и русла реки с помощью гибких бетонных покрытий (рисунок 1.5, 1.6).

Рисунок 1.5 - Пример защиты дна водоема с помощью УГЗБМ

Рисунок 1.6 - Защита дна отводного канала

1.3 Использование гибких бетонных покрытий для защиты береговых

откосов от волнового воздействия

Также следует отметить широкое использование универсальных гибких защитных бетонных матов при укреплении береговых откосов, конусов и откосов насыпей на подходах к мостовым сооружениям и путепроводам (рисунки 1.7 - 1.9) [7,36,48].

Рисунок 1.7 - Расположение защитного покрытия на береговом откосе

Рисунок 1.9 - р. Кострома, Солигалич

В комплексном подходе эксплуатации мостовых сооружений требуется надзор, мониторинг и своевременный ремонт [46], так как в результате эксплуатации из-за воздействия ледохода, паводковых и ливневых вод могут возникать такие повреждения как подмывы, размывы и разрушение (оползание) откосов насыпей, провалы земляного полотна [23, 26]. Повреждения опор мостового перехода приведут к закрытию моста, а как следствие - к сбою в работе железнодорожного и автомобильного транспорта. Особое внимание уделяется сооружениям, вблизи которых наблюдаются большие скорости течения, проходят объемные паводки и сильные ледоходы. На реках и каналах, где осуществляется движение водного транспорта, образуются волновые воздействия на от-

косы. Помимо того, разрушение может быть вызвано воздействиями ветровых волн.

Необходимым и эффективным мероприятием, обеспечивающим укрепление конусов и откосов насыпей на подходах к мостовым сооружениям и путепроводам, является укрепление откосов и конусов с применением УГЗБМ, которые защищают их от размыва.

1.4 Защита трубопроводных переходов через реки и каналы с помощью гибких бетонных покрытий

Одной из сфер применения гибких бетонных покрытий является защита трубопроводных переходов при пересечении рек. [60]. Трубопроводные переходы из-за сложности ремонта являются сооружениями с повышенной ответственностью. Трубопроводные переходы сложно и дорогостояще ремонтировать, поэтому при строительстве необходимо увеличить срок их безаварийной эксплуатации. При прокладке трубопроводов необходимо учесть опасность воздействия ледохода, плавающего леса и других предметов, переносимых потоком воды, которые способны нарушить целостность трубопровода. Также надо решить задачи, связанные с утяжелением трубопроводов и размывами русла реки под трубопроводом.

Наиболее подвержены воздействию речного потока трубопроводы, укладываемые на дно русла без заглубления - непосредственно на дно русла. Устойчивость трубопровода зависит от силового воздействия потока воды и величины отрицательной плавучести.

На основании вышеизложенных проблем прокладки трубопроводов, а так же иных сооружений, подверженных воздействию водного потока (например опоры мостовых сооружений, укрепление дна основании русла в местах водо-

выпусков и т.д.) предлагается применять универсальное защитное бетонное покрытие (УГЗБМ), рисунки 1.10, 1.11.

Рисунок 1.10 - Укладка защитного покрытия

Рисунок 1.11 - Защита трубопроводного перехода УГЗБМ

Применение гибких защитных бетонных покрытий имеет положительные преимущества перед другими защитными покрытиями:

■ ониувеличивают прочность трубопровода при воздействии на него течений воды;

■ защита из бетонных матов эффективно укрепляет береговую зону вблизи прохождения трубопровода;

■ защита из бетонных матов помогает защитить при эксплуатации подводный трубопроводный переход от размыва грунта;

■ бетонные гибкие маты достаточно просто ремонтируются посредством демонтажа и повторной укладки на ремонтируемый участок трубопровода.

Конструкторами предполагается, что поток воды в зоне влияния защитного бетонного мата достаточно плавный, без образования вихревых, водоворотных зон. Благодаря своей ячеистой структуре, маты не препятствуют укоренению водных и прибрежных растений, тем самым прочно укрепляясь наносимым донным грунтом и растениями.

1.5 Проблемы и задачи научных исследований

Вместе с тем, в ряде случаев отмечаются повреждения гибких защитных покрытий под воздействием водных потоков. При неправильном монтаже в процессе укладки под действием силы тяжести первый ряд бетонных блоков начинает проваливаться в размытую течением реки поверхность дна, что в свою очередь приводит к изменению угла наклона покрытия. При установке защитных покрытий на откосе они могут сползать со склонов. Во избежание этого маты закрепляют стальными скобами (рисунок 1.12), которые подвергаются коррозии и требуют замены в процессе эксплуатации.

Рисунок 1.12 - Закрепление защитного покрытия металлическими скобами

При эксплуатации защитных покрытий в соленой воде маты подвергаются наиболее быстрому разрушению и требуют обработки специальными химическими растворами.

До настоящего времени не исследованы вопросы изменения гидравлических характеристик потока при использовании различных конструкций защитных бетонных матов [43,44].

При обтекании тел стационарным водным потоком возникает их силовое взаимодействие, вследствие которого в зоне взаимодействия тела и жидкости характеристики движения жидкости изменяются. Силовое взаимодействие тела и жидкости при их относительном движении обычно представляется в виде напряжений трения т0, касательных к обтекаемой поверхности, и нормальных к обтекаемой поверхности снимающих напряжений давления р. Эти напряжения, возникающие на границе между жидкостью и обтекаемым твердым телом, определяют силу, с которой поток действует на обтекаемое тело [38,52].

При взаимодействии системы тел (например, блоков защитного мата) с обтекающим их потоком некоторые из них оказываются в следе, образующимся от тел, на которые поток натекает раньше. В результате этого изменяются характеристики следа и силовое воздействие потока на тела, расположенные в первом ряду. Тела, расположенные позади первого и последующих тел, находятся в зоне влияния "деформированных" следов, поэтому их динамическое

взаимодействие с потоком определяется степенью воздействия системы тел на систему образующихся следов.

Для решения технических задач, когда обтекание потоком препятствий приводит к сложной картине течения, затрудняющей теоретический расчет, необходимы экспериментальные исследования. В результате экспериментального моделирования устанавливаются следующие характеристики взаимодействия водного потока и объекта: потери напора, распределение скоростей, расходов и давлений, направление линий тока, уровней свободной поверхности и др. Измерением величин на модели с использованием критериев подобия в результате перехода от модели к натуре для сходственных явлений позволяет прогнозировать условия работы еще не построенных объектов и определить их оптимальные параметры.

В научном плане обтекание гибких бетонных защитных покрытий, представляющих собой макрошероховатость, сильно влияющую на структуру водного потока, является слабо исследованной областью гидравлики. Переход от макрошероховатости защитного покрытия к гидравлической эквивалентной шероховатости, которая входит в расчетные зависимости, до настоящего времени не разработан. Течение водного потока в русле, укрепленном гибкими защитными покрытиями, до настоящего времени не изучено в связи со сложным механизмом взаимодействия поверхностного потока над покрытием и придонного течения в зазорах между элементами защитного покрытия. Поскольку придонные потоки в зазорах между элементами аккумулируют значительную часть расхода, они могут создавать опасность размыва русловых грунтов. Расчетные методы для оценки опасности этих процессов до настоящего времени также не разработаны.

Методика расчета и расчетные зависимости по определению гидравлических характеристик водных потоков, взаимодействующих с гибкими защитными покрытиями, в настоящее время отсутствуют. Данное обстоятельство сдерживает проектирование и практическое использование этих недорогих и удобных защитных покрытий.

В соответствии с вышеизложенным, были сформулированы задачи научных исследований, реализация которых позволит наиболее качественно подбирать необходимую модификацию защитного покрытия для проведения отдельных видов работ и более точно выполнять гидравлические расчеты.

Глава 2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЧЕНИЯ НА ПОДХОДЕ И В ПРЕДЕЛАХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Юмашева Мария Александровна, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агроскин, И.И. Гидравлика / И.И. Агроскин, Г.Т. Дмитриев, Ф.И. Пи-калов. - М-Л.: Гос. энергетическое изд-во, 1954. - 484 с.

2. Алперин, И.Е. Укрепление берегов судоходных каналов, рек и водохранилищ / И.Е. Алперин, Л.С. Быков, В.Б. Гуревич. - М.: Изд-во Транспорт, 1973. - 216 с.

3. Альтшуль, А.Д. О распределении скоростей при турбулентном движении жидкости в трубах / А.Д. Альтшуль // Гидротехническое строительство. - 1949. - №6.

4. Ахметбеков, Е.К. Система управления экспериментом и обработки данных, полученных методами цифровой трассерной визуализации (ActualFlow) / Е.К. Ахметбеков, А.В. Бильский, Ю.А. Ложкин, Д.М. Маркович, М.П. Токарев, А.Н. Тюрюшкин // Вычислительные методы и программирование. - 2006. - т. 7. - с. 79-85.

5. Байков, В.Н. Гидравлические характеристики турбулентного течения в трубах и широких каналах / В.Н. Байков, Ю.В. Брянская, М.А. Волынов // Вестник МГСУ. - 2012. - №9. - С. 60-66.

6. Байков, В.Н. Сопоставление гидравлических характеристик осесим-метричных и плоских течений при ламинарном и турбулентном движении жидкости / В.Н. Байков, М.А. Волынов // Известия ВУЗов. Строительство. - 2010. -№9. - С.100-107.

7. Байнатов, Ж.Б Автомобильные дороги защита откосов автомобильных дорог от размыва / Ж.Б. Байнатов, Б.Ф. Перевозников. - М.: Транспорт, 1973. -216 с.

8. Барышников, Н.Б. Динамика русловых потоков / Н.Б. Барышников. — СПб.: РГГМУ, 2016. — 342 с.

9. Бахметев, Б.А. Гидравлика открытых русел / Б.А. Бахметев. - М.: Государственное транспортное изд-во, 1934. - 248 с.

10. Бендат, Дж. Измерение и анализ случайных процессов / Дж. Бендат, А. Пирсол. - М.: Мир, 1974. - 463с.

11. Богомолов, А.И. Высокоскоростные потоки со свободной поверхностью / А.И. Богомолов, В.С. Боровков, Ф.Г. Майрановский. - М.: Стройиздат, 1979. - 344 с.

12. Боровков, В.С. Аэрогидродинамика систем вентиляции и кондиционирования воздуха / В.С. Боровков, Ф.Г. Майрановский. - М.: Стройиздат, 1978. - 116 с.

13. Боровков, В.С. Локальное подобие течения и распределение скоростей в турбулентных потоках / В.С. Боровков, В.Н. Байков, Д.В. Писарев // Инженерно-строительный журнал. - 2012. - Т. 32. - №6. - С.12-19.

14. Боровков, В.С. Особенности поперечного обтекания водным потоком тел различной формы при наличии экрана / В.С. Боровков, И.А. Брянский, М.А. Юмашева // Научное обозрение. - 2017. - №6. - С.27-33.

15. Боровков, В.С. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях / В.С. Боровков // Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -286 с.

16. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. - М.: Наука, 1981. - 120 с.

17. Брянская Ю.В. Течение в пристеночном слое и за его пределами (в трубе, канале и пограничном слое) / Ю.В. Брянская // Вестник МГСУ. - 2010. -№4. - Т.2. - С. 60-66.

18. Брянская, Ю.В. Влияние гидравлических характеристик турбулентного речного потока на его экологическое состояние / Ю.В. Брянская, В.С. Боровков // Научное обозрение. - 2016. - №20. - С.7-12.

19. Брянская, Ю.В. Выбор плоскости отсчета при измерении распределения скоростей в шероховатых трубах и каналах / Ю.В. Брянская // Сб. научных работ молодых ученых факультета гидротехнического и специального строительства. М.: МГСУ. - 2000. - С.7-10.

20. Брянская, Ю.В. Гидравлика водных и взвесенесущих потоков в жестких и деформируемых границах / Ю.В. Брянская, И.М. Маркова, А.В. Остякова. - М.: МГСУ, изд-во АСВ. - 2009. - 263 с.

21. Брянская, Ю.В. Гидравлические характеристики потока при обтекании защитных бетонных матов / Брянская Ю.В., В.С. Боровков, И.А. Рылова, М.А. Юмашева // Гидротехническое строительство. - 2016. - №10. - С.132-137.

22. Брянская, Ю.В. Гидравлические характеристики турбулентного течения в трубах и широких каналах / Ю.В. Брянская, М.А. Волынов, В.Н. Байков // Вестник МГСУ. - 2012. - №9. - С.60-66.

23. Брянская, Ю.В. Инженерно-технические решения по благоустройству р. Яузы и ее притоков в г. Мытищи / Ю.В. Брянская, В.С. Боровков, Ю.П. Правдивец // Экология урбанизированных территорий. - 2007. - №1. - С.63-67.

24. Брянская, Ю.В. Расчет воздействия течения и волн на береговой откос / Ю.В. Брянская, М.Л. Медзвелия // Труды VIII Международной научно-практической конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей». - М.: РУДН. - 2014. - т.1. - с. 25-36.

25. Брянская, Ю.В. Уточнение условий подобия равномерных широких открытых потоков при гидравлическом моделировании недеформируемых каналов / Ю.В. Брянская, В.С. Боровков, В.Н. Байков // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 2009. - т.253. -С.22-27.

26. Брянская, Ю.В. Экологическая реконструкция Мытищинского участка р. Яузы и ее притоков / Ю.В. Брянская, В.С. Боровков, Ю.П. Правдивец // Экология урбанизированных территорий. - 2006. - №1. - С.69-71.

27. Быков, В.Д. Гидрометрия / В.Д. Быков, А.В. Васильев. -Ленинград.: Гидрометеоиздат, 1972. - 448 с.

28. Великанов, М.А. Русловой процесс / М.А. Великанов. - М.: Физма-тгиз, 1958. - 395 с.

29. Высоцкий, Л.И. Продольно-однородные осредненные турбулентные потоки / Л. И. Высоцкий, И. С. Высоцкий. - Санкт-Петербург [и др.]: Лань, 2015. - 665 с.

30. Голодяевская, С.В. Усовершенствованный метод гидравлического расчета каналов / С.В. Голодяевская, О.Н. Сидорова // Тр. XXIV Конгресса МАГИ. - Мадрид - 1991.

31. Гончаров, В.Н. Движение наносов / В.Н. Гончаров. - М.: ОНТИ, 1938.

- 312 с.

32. Гончаров, В.Н. Основы динамики русловых потоков / В.Н. Гончаров.

- Л.: Гидрометеоиздат, 1954. - 451 с.

33. Гринвальд, Д.И. Турбулентность руслового потока / Д.И. Гринвальд. -Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 166 с.

34. Гришанин, К.В. Динамика русловых потоков / К.В. Гришанин. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 211 с.

35. Дебольский, В.К. Статистическое описание турбулентного движения в реках / В.К. Дебольский, Е.Н.Долгополова, О.А. Замай, А.С. Орлов // Водные ресурсы. - 1986. - № 4. - С. 12.

36. Есин, Н.В. Абразионный процесс на морском берегу / Н.В. Есин, М.Т. Савин, А.П. Жиляев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 200 с.

37. Ефимова А.И., Зотеев А.В., Склянкин А.А. Общий физический практикум физического факультета МГУ. Погрешности эксперимента: Учебно-методическое пособие. - М.: МГУ, Физический факультет, 2012. - 39 с.

38. Зуйков, А.Л. Гидравлика. Учебник в 2 томах. Том 1. Основы механики жидкости / А.Л. Зуйков. - М.: Изд-во МГСУ, 2014. - 518 с.

39. Зуйков, А.Л. Гидравлика. Учебник в 2 томах. Том 2. Напорные и открытые потоки. Гидравлика сооружений / А.Л. Зуйков. - М.: Изд-во МГСУ, 2015. - 418 с.

40. Караушев, А.В. Речная гидравлика / А.В. Караушев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 414 с.

41. Киселев, П.Г. Гидравлика. Основы механики жидкости / П.Г. Киселев.

- М.: Энергия, 1980. - 360 с.

42. Кнороз, В.С. Сопротивление макрошероховатых открытых русел / В.С. Кнороз. - М.: Изд-во Института горного дела АН СССР, - 1959. - 23 с.

43. Козлов, К.Д Исследования гидродинамического воздействия водного потока на защитное покрытие из геосинтетического материала / К.Д. Козлов, Н.В. Ханов, В.А. Фартуков, Д.В. Козлов // Строительство: наука и образование. - 2018. - № 1. - С. 108-117.

44. Козырь, И.Е. Практикум по гидравлике. Учебно-методическое

45. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. - М.: Наука, 1978. - 832 с.

46. Кривицкий, С. В. Экобионика: биоинженерная защита берега водоема / Кривицкий С. В., Федотова О. А., Якубовская И. О. // Фундаментальные исследования основных направлений технических и физико-математических наук: Сборник статей по итогам Международной 148 научно-практической конференции (Челябинск, 19 ноября 2017). - Стерлитамак: АМИ. - 2017. - С. 68-73.

47. Левин, Б.М. Исследование процессов осаждении мелкодисперсных суспензий в условиях малых концентраций / Б.М. Левин и др. // В сб. Трудов МИИТ. - 1963. - №176.

48. Лемешко, М.А. Берегоукрепляющие гидротехнические сооружения в виде гибких бетонных матов / М.А. Лемешко, Д.В. Савченко // В сборнике Научная весна - 2018: Технические науки. Сб. Научных трудов. - 2018. - С. 272277.

49. Ляпин, В.Ю. Гидравлическое сопротивление неравномерных плавно-изменяющихся и равномерных потоков в открытых руслах / В.Ю. Ляпин. - М.: МГСУ, 2004. - 188 с.

50. Ляшенко, П.В. Гравитационные методы обогащения / П.В. Ляшенко. -М-Л.: Гостоптехиздат, 1940. - 360 с.

51. Мирцхулава, Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости / Ц.Е. Мирцхулава. - М.: Колос, 1967. - 177 с.

52. Мостков, М.А. Очерк теории руслового потока / М.А. Мостков. - М.: Изд-во Академии наук СССР, 1959. - 246 с.

53. Никурадзе, И. Закономерности турбулентного движения в гладких трубах / И. Никурадзе // Сб. Проблемы турбулентности. - М-Л.: Изд-во ОНТИ НКТП, 1936. - С. 75 - 150.

54. Патент №2129635 от 27 апреля 1999 г.

55. Прандтль, Л. Гидроаэромеханика / Л. Прандтль. - М.: Иностранная литература, 1957. - 575 с.

56. Прандтль, Л. Результаты работ последнего времени по изучению турбулентности / Л. Прандтль // Сб. Проблемы турбулентности. - М-Л.: Изд-во ОНТИ НКТП, 1936. - С. 9 - 35.

57. Рейнольдс, О. Динамическая теория движения несжимаемой вязкой жидкости и определение критерия / О. Рейнольдс // Сб. Проблемы турбулентности. - М-Л.: Изд-во ОНТИ НКТП, 1936. - С. 185 - 227.

58. Рихтер, Г. Гидравлика трубопроводов / Г. Рихтер. - М-Л.: ОНТИ НКТП СССР. - 1936. - 234 с.

59. Ротта, И.К. Турбулентный пограничный слой в несжимаемой жидкости / И.К. Ротта. - Л.: Судостроение, 1967. - 232 с.

60. Руководство по применению (рекомендации) универсальных гибких защитных бетонных матов (УГЗБМ) ООО «Микрон В».

61. Рылова, И.А. Экспериментально-аналитическое уточнение распределения скоростей при турбулентном течении в трубах и каналах: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.16 / Рылова Ирина Александровна. - М., 2016. - 23 с.

62. Саваренский, А.Д. Регулирование речного стока водохранилищами: (Методы расчетов) / А.Д. Саваренский. - М.: Изд-во Акад. Наук СССР, 1951. -236 с.

63. Савицкий, Г.А. Ветровая нагрузка на сооружения / Г. А. Савицкий. -М.: Стройиздат, 1972. - 111 с.

64. Саткевич, А.А. Теоретические основы гидроаэроэродинамики. Динамика жидких тел / А.А. Саткевич. - ОНТИ НКТП СССР, Гл. авиац. ред., 1934. -4.II. - 468 с.

65. Седов, Л.И. Методы подобия и размерности в механике / Л.И. Седов.

- Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 448 с.

66. Спиридонов, В.Н. Гидравлические характеристики открытого потока в проницаемом русле: дис. ... канд. техн. наук: 05.14.09 / Спиридонов Владимир Николаевич. - М., 1985. - 241 с.

67. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П.Г. Киселева. -М.: Энергия, 1988. - 624 с.

68. Технические условия ТУ 5859-001-35842586-2009 ООО «Микрон В» «Маты бетонные защитные гибкие универсальные УЗГБМ.

69. Технические условия ТУ 5859-001-81947000-2014 ООО «Микрон В» «Маты бетонные защитные гибкие универсальные сферические УЗГБМ-С.

70. Ткачёв, А.А. Особенности использования габионных конструкций при проведении берегоукрепительных работ в водохранилищах / А.А. Ткачёв, З.А. Бегахмедов, А.И. Аржанова // Внедрение результатов инновационных разработок: проблемы и перспективы: Сборник статей по итогам Международной научно - практической конференции в 2 ч. Ч.1. - Стерлитамак: АМИ. - 2018 -С. 44-49

71. Токарев, М.П. Адаптивные алгоритмы обработки изображений частиц для расчета мгновенных полей скорости / М.П. Токарев, Д.М. Маркович, А.В. Бильский // Вычислительные технологии. - 2007. - т. 12. - №3. - с. 109-131.

72. Фабер, Т.Е. Гидроаэродинамика / Т.Е. Фабер. - М.: Постмаркет, 2001.

- 560 с.

73. Фабрикант, Н.Я. Аэродинамика. Общий курс / Н.Я. Фабрикант. - М.: Наука, 1964. - 815 с.

74. Шамов, Г.И. Речные наносы. Режим, расчеты и методы измерений / Г.И. Шамов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. — 377 с.

75. Шлихтинг, Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтинг. - М.: Наука. 1969. - 742 с.

76. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика / Д.В. Штеренлихт. - М.: КолосС, 2004.

- 656 с.

77. Шулейкин, В.В. Физика моря / В.В. Шулейкин. - М.: Изд-во АН СССР, 1953. - 990 с.

78. Щеглов, Д.И. Эрозия и охрана почв. Учебно-методическое пособие / Д.И. Щеглов, Н.С. Горбунова. - Воронеж.: Издательскополиграфический центр Воронежского государственного университета, 2011. - 34 с.

79. Юмашева, М.А. Методика и техника экспериментальных исследований гидравлических характеристик потока, обтекающего гибкие бетонные покрытия / М.А. Юмашева, Ю.В. Брянская // Научное обозрение. - 2016. - №20. -С.19-24.

80. Юмашева, М.А. Применение гибких бетонных защитных покрытий при строительстве на водных объектах / М.А. Юмашева, Ю.В. Брянская // В сб. материалов XIX Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство - формирование среды жизнедеятельности». Москва, 27-29 апреля 2016 г. (научный руководитель - доц. Брянская Ю.В.), М.: НИУ МГСУ. - с. 1106-1109.

81. Юмашева, М.А. Экспериментальные исследования скоростных характеристик потока при его взаимодействии с гибкими защитными покрытиями / М.А. Юмашева, Ю.В. Брянская // Гидротехническое строительство. - 2018. -№10. - С.6-10.

82. Adrian, R.J. Statistical properties of particle image velocimetry measurements in turbulent flow // In: Laser Anemometry in Fluid Mechanics-III, Instituto Superior Tecnico. - 1988. - Lisbon. - pp. 115-119.

83. Bazin. Recherches hydrauliques. Comptes rendus de L'Academie de Sciences, 1865.

84. Boussinesq J. Mem. Pres. par div. savants a l'acad.sci. Paris. 1877.

85. Brodkey R.S., Carino E.R. A visual investigation of the wall region in turbulent flow. Journal of Fluid Mechanics, v. 37, N1, 1969.

86. Bryanskaya Y.V. Hydrodynamics of the flood river flow and the motion of bed material / Y.V. Bryanskaya, V.S. Borovkov, V.N. Baikov // Proceedings of the

tenth international symposium on river sedimentation. - Moscow - Russia - Vol. III. - 2007. - P.37-44.

87. Clauser F.H. The turbulent boundary layer // Advances in Applied Mechanics. 1956. IV, 1-51.

88. Coles D. The law of the wake in the turbulent boundary layer // Journal of Fluid Mechanics. 1956, 1,191.

89. Foucaut J.M., Carlier J., Stanislas M. PIV optimization for study of turbulent flow using spectral analysis // Meas. Sci. Technol., 2004. Vol. 15, pp. 10461058.

90. Hama F.R. Soc. Naval Architects marine Engrs. Trans., 62, 333, 1956.

91. HM162. Experimental Flume 309x450mm / U. Linke. Hamburgs GUNT Gerätebau GmbH, 2013, 52 p.

92. Hoffmann E. Forsch. Gebiete Ingenieurw., 11A, 159, 1940.

93. Jacobs W. Strömung hinter einem einzelnen Rauhigkeitselement // Ing.-Arch. 9. 343. 1938.

94. Jonsson I.G. On turbulence in open channel flow. Statistical theory applied to micropropeller measurements. Acta polytechnica Scandinavia, Civil Engineering and Build. Constr. Ser., N31. Copenhagen, 1965.

95. Laufer J. Some recent measurement in a two-dimensional turbulent channel. J. Aero. Sci., 17, N5, 1950.

96. Miles J.W. J. Aeronaut. Sci. 24, 704, 1957.

97. Millikan C.B. A critical discussion of the turbulent flows in channels and circular tubes // Proc. 5th Int. Congr. Appl. Mech., Cambridge, Mass. 1938. P.386-392.

98. Nikuradse I. Stroemungsgesetze in rauhen Rohren // Forschungs-Heft (For-schungs auf dem Gebiete des Ingenieur-wesens). 1933. N 361. P. 1-22.

99. Reichardt H. Z. angew. Math. und Mesh., 20, 297, 1940.

100. Rotta J.C. Turbulente Stromungen. Stuttgart, B.G. Teubner, 1972.

101. Schlichting H. Experimentelle Untersuchungen zum Rauhigkeitsproblem. Ing.-Arch. 7. s. 1-34. 1936; NACA TM 823. 1937.

102. Schultz-Grunow F. Der Mechanismus des Widerstandes von Einzelrauhigkeiten // ZAMM 36. 309. 1956.

103. Tounsend A.A. Proc. Cambridge Phil. Soc., 47, 375, 1951.

104. Wieghardt K. Erhöhung des turbulenten Reibungswiderstandes durch Oberflächestörungen // Techn. Berichte 10, вып. 9, 1943.

105. Wieghardt K. Erhöhung des turbulenten Reibungswiderstandes durch Oberflächestörungen // Forshungshefte für Schifstechnik. 1, s.65-81. 1953.

106. Williams D.H., Brown A.F. Experiments on a riveted wing in the compressed air tunnel // ARC RM 1855. 1938.

107. Yumasheva M.A. Experimental investigations of the velocity characteristics of a flow interacting with flexible protective coatings / M.A. Yumasheva, Y.V. Bryanskaya // Power Technology and Engineering, 2019, Vol. 52, No. 6, March, 2019. DOI 10.1007/s10749-019-01004-0.

108. Yumasheva M.A. Experimental studies of the air flow power action on the elements of protective mats / M.A. Yumasheva, Y.V. Bryanskaya // E3S Web of Conferences, Vol. 97 (05007), 2019. F0RM-2019 https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199705007.

Приложение А

Обтекание матов, расположенных на дне

Эксперимент обтекания мата УГЗБМ-С на плоском дне Неподтопленный режим

Таблица 1

а м3/ч 20 0,00556 м3^ i= 0,001 t= 20,4 ° C

Определение потерь

pg•£ (и3^)/(2^),

Профиль скорости перед матом 1 (и3^) кгм2/с3

Измерение от оргстекла h в створе 11,235 см 0,000140 0,07

h по вертушке, см h реал, см и, м/с dh dw, м2 u3•dw Zl, м

2 0,6 0,04 0,85 0,003 0,000000 0,001

2,5 1,1 0,05 0,5 0,002 0,000000 Zl•pgQ, кг-м2/с3

3 1,6 0,06 0,5 0,002 0,000000 0,0545

3,5 2,1 0,08 0,5 0,002 0,000001 м

4 2,6 0,09 0,5 0,002 0,000001 0,112

4,5 3,1 0,11 0,5 0,002 0,000002 ^^Ц,кгм2/с3

5 3,6 0,12 0,75 0,002 0,000004 6,123075

6 4,6 0,14 1 0,003 0,000009 E полн1, кг-м2/с3

7 5,6 0,17 1 0,003 0,000015 6,2475

8 6,6 0,18 1 0,003 0,000018

9 7,6 0,19 1 0,003 0,000021

10 8,6 0,19 1 0,003 0,000021

11 9,6 0,19 1 0,003 0,000021

11,3 10,6 0,19 1,2 0,004 0,000026

0,150 11,3

Таблица 2

Неподтопленный режим

0,0055

а м3/ч 20 6 м3^ i= 0,001 t= 20,4 ° C

Средняя скорость в отверстии на расстоянии 1,4 от орг стекла

V на

V на входе 0,125 м/с выходе 0,66 м/с

Профиль скорости за матом 2 (u3•dw) pg•2 (и3^)/(2^), кг-м2/с3

Измерение от дна канала h в створе, см 2,03 см 0,00525 2,62

h по вертушке, см h реал, см и, м/с dh, см dw, м2 u3•dw Z2, м

0 0 0 0,000

1 0,6 0,87 0,85 0,0026 0,00174 Z2*pgа кгм2/с3

1,5 1,1 1,02 0,5 0,0016 0,00164 0

2 1,6 0,96 0,68 0,0021 0,00187 h2, м

0,87 2,03 0,020

h2*pgQ,кг•м2/с3

1,10635

E полн2, кг^м2/с3

3,729

hw полн, кг^м2/с3

2,519

hwудел, м

0,0462

£

40,30

1,20

а, м3/ч 20 0,00556 м3^ i= 0,001 t= 20,4 ° C

Статическое давление

№ кубика № пьезометра № устья ^ мм х, см

1 1,1 1 63,61 666,4

1,2 2 41,06 665,4

1,3 3 35,88 666,8

1,4 4 33,2 669

1,5 5 31 671

1,6 6 33,4 672,5

2 2,1 7 34,52 673,8

2,2 8 37,5 676,4

2,3 9 37,66 678,8

3 3,1 10 34,3 680,7

3,2 11 29,92 683,5

3,3 12 29,9 686,1

4 4,0 13 31,5 690,6

5 5,0 14 25,92 698

6 6,0 15 20,82 705,2

7 7,0 16 18,19 712,8

8 8,0 17 18,43 720,3

9 9,0 18 14,3 727,4

а м3/ч 60 0,01664 м3/с ¡= 0,001 1= 18,3 ° С

Определение потерь

Профиль скорости перед матом 1 (и^сМ (и3^)/(2^), кг-м2/с3

Измерение от оргстекла Ь в створе 15,87 см 0,002398 1,20

Ь по вертушке, см Ь реал, см и, м/с dh, м dw, м2 u3•Cw 21, м

1 0,6 0,1 1,1 0,003 0,000003 0,001

2 1,6 0,24 1 0,003 0,000043 г^Ц, кг-м2/с3

3 2,6 0,29 1 0,003 0,000076 0,1632275

4 3,6 0,31 1 0,003 0,000092 м

5 4,6 0,33 1 0,003 0,000111 0,159

6 5,6 0,36 1 0,003 0,000145 Ь1^Ц,кгм2/с3

7 6,6 0,37 1 0,003 0,000157 25,90

8 7,6 0,39 1 0,003 0,000184 Е полн1, кг-м2/с3

9 8,6 0,4 1 0,003 0,000198 27,2664

10 9,6 0,41 1 0,003 0,000214

11 10,6 0,43 1 0,003 0,000246

12 11,6 0,43 1 0,003 0,000246

13 12,6 0,42 1 0,003 0,000230

14 13,6 0,41 1 0,003 0,000214

15 14,6 0,36 1 0,003 0,000145

16 15,6 0,34 0,77 0,002 0,000094

0,365 м/с 0,35 15,87

а м3/ч 60 0,01664 м3^ i= 0,001 t= 18,3 ° С

Средняя скорость в отверстии на расстоянии 1,4 от орг стекла

м/с

V на входе

0,29

V на выходе

0,8

м/с

Профиль скорости за матом 1 (и3^) pg•£ (и3^)/(2^), кгм2/с3

Измерение от дна канала h в створе, см 4,43 см 0,02214 11,07

h по вертушке, см h реал, см и, м/с dh, см dw, м2 u3•dw z2, м

0 0 0 0,000

1 0,6 1,24 0,85 0,0026 0,00502 Z2*pgа кг-м2/с3

1,5 1,1 1,22 0,5 0,0016 0,00281 0

2 1,6 1,17 0,5 0,0016 0,00248 1Ъ, м

2,5 2,1 1,15 0,5 0,0016 0,00236 0,044

3 2,6 1,13 0,5 0,0016 0,00224 h2*pgQ, кгм2/с3

3,5 3,1 1,18 0,5 0,0016 0,00255 7,23

4 3,6 1,17 0,5 0,0018 0,00288 E полн2, кг^м2/с3

4,5 4,1 1 0,58 0,0018 0,00180 18,301

4,43 hw полн, кг^м2/с3

8,966

hwудел, м

0,0549

Vcp=

1,16

м/с

£

8,09

0,80

а м3/ч 60 0,01664 м3/с ¡= 0,001 1= 18,3 ° С

Профиль скорости в центре мата (н ад 5-м блоком)

Измерение от поверхности блока И в створе 6,262 см

h по вертушке, см И реал, см и, м/с dh, см dw, м2

0 0 0

1 0,6 0,65 0,85 0,0026

1,5 1,1 0,69 0,5 0,0016

2 1,6 0,7 0,5 0,0016

2,5 2,1 0,7 0,5 0,0016

3 2,6 0,685 0,5 0,0016

3,5 3,1 0,685 0,5 0,0016

4 3,6 0,68 0,5 0,0018

4,5 4,1 0,675 0,58 0,0018

5 4,6 0,675 4,43

5,5 5,1 0,675

6 5,6 0,64

6,5 6,1 0,585

Эксперимент обтекания мата УГЗБМ-С на Неподтопленный плоском дне режим

а, м3/ч 60 0,00556 м3/с ¡= 0,001 1= 20,4 ° С

Кривая свободной поверхности

Статическое давление

№ кубика № пьезометра № устья ^ мм х, см

1 1,1 1 110,02 666,4

1,2 2 86,66 665,4

1,3 3 81,4 666,8

1,4 4 78,26 669

1,5 5 74,82 671

1,6 6 74,62 672,5

2 2,1 7 73,87 673,8

2,2 8 69,72 676,4

2,3 9 69,02 678,8

3 3,1 10 67,82 680,7

3,2 11 66,47 683,5

3,3 12 67,86 686,1

4 4,0 13 67,25 690,6

5 5,0 14 62,62 698

6 6,0 15 57,53 705,2

7 7,0 16 53,95 712,8

8 8,0 17 47,6 720,3

9 9,0 18 41,24 727,4

Неподтопленный режим

О, м3/ч 110 0,03064 м3/с 1= 0,001 1= 18,3 ° С

Определение потерь

Профиль скорости перед матом 1 (и3^сМ (и3^)/(2^), кг-м2/с3

Измерение от h в

оргстекла створе 20,172 см 0,008892 4,45

Ь по вертушке, см Ь реал, см и, м/с СИ, м dw, м2 u3•Cw ¿1, м

1 0,6 0,23 1,1 0,003 0,000041 0,001

2 1,6 0,35 1 0,003 0,000133 ¿1^0, кг-м2/с3

3 2,6 0,4 1 0,003 0,000198 0,2994775

4 3,6 0,44 1 0,003 0,000264 И1, м

5 4,6 0,48 1 0,003 0,000343 0,202

6 5,6 0,5 1 0,003 0,000388 кгм2/с3

7 6,6 0,52 1 0,003 0,000436 60,41

8 7,6 0,54 1 0,003 0,000488 Е полн1 , кг-м2/с3

9 8,6 0,56 1 0,003 0,000544 65,1559

10 9,6 0,58 1 0,003 0,000605

11 10,6 0,59 1 0,003 0,000637

12 11,6 0,61 1 0,003 0,000704

13 12,6 0,6 1 0,003 0,000670

14 13,6 0,58 1 0,003 0,000605

15 14,6 0,57 1 0,003 0,000574

16 15,6 0,56 1 0,003 0,000544

17 16,6 0,55 1 0,003 0,000516

18 17,6 0,54 1 0,003 0,000488

19 18,6 0,51 1 0,003 0,000411

20 19,6 0,45 1,072 0,003 0,000303

20,172

^ см ^р, м/с

перед матом 20,172 0,56

за матом 65,95 1,32

Неподтопленный режим

О, м3/ч 110 0,03064 м3/с ¡= 0,001 1= 18,3 ° С

Средняя скорость в отверстии на расстоянии 1,4 от орг стекла

V на входе

0,38 м/с

V на выходе

0,94 м/с

Профиль скорости за матом 1 (и3^сМ (и3^)/(2^), кг-м2/с3

Измерение от дна канала h в створе 6,595 см 0,06375 31,87

И по вертушке, см И реал, см и, м/с dh, см dw, м2 u3•Cw ¿2, м

0 0 0 0,000

1 0,6 1,39 1,1 0,0034 0,00916 ¿2^0, кг-м2/с3

2 1,6 1,32 1 0,0031 0,00713 0

3 2,6 1,35 1 0,0031 0,00763 И2, м

4 3,6 1,49 1 0,0031 0,01025 0,066

5 4,6 1,58 1 0,0031 0,01223 Иг^О, кгм2/с3

6 5,6 1,59 0,75 0,0023 0,00935 19,75

6,5 6,1 1,51 0,75 0,0023 0,00800 Е полн2, кг^м2/с3

6,6 51,624

hw полн, кг^м2/с3

13,532

удел, м

0,0452

£

2,83

0,51

Эксперимент обтекания мата Неподтопленный ре-

УГЗБМ-С на плоском дне жим

О, м3/ч 110 0,03064 м3/с ¡= 0,001 1= 18,3 ° С

Профиль скорости в центре мата (над 5-м блоком)

Измерение от поверхности блока h в створе 8,867 см

Ь по вертушке, см Ь реал, см и, м/с dh, см dw, м2

0 0 0

1 0,6 0,93 1,1 0,0034

2 1,6 1 1 0,0031

3 2,6 0,99 1 0,0031

4 3,6 0,97 1 0,0031

5 4,6 0,98 1 0,0031

6 5,6 0,98 1 0,0031

7 6,6 0,97 1 0,0031

8 7,6 0,96 1 0,0031

9 8,6 0,87 0,77 0,0024

8,87

10 -9

8 . = : 7 - = : б

4

3-------------------------------

2

1 - = :

0 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 У,м/с

профиль скорости над 5 блоком мата УГЗБМ-С

Средняя скорость над 5 блоком мата УГЗБМ

О, м3/ч 110 0,03064 м3/с ¡= 0,001 1= 18,3 ° С

Статическое давление

№ кубика № пьезометра № устья ^ мм х, см

1 1,1 1 153,73 666,4

1,2 2 129,36 665,4

1,3 3 123,44 666,8

1,4 4 120,7 669

1,5 5 117,82 671

1,6 6 118,28 672,5

2 2,1 7 116,93 673,8

2,2 8 111,91 676,4

2,3 9 109,6 678,8

3 3,1 10 106,47 680,7

3,2 11 100,85 683,5

3,3 12 99,24 686,1

4 4,0 13 95,63 690,6

5 5,0 14 88,67 698

6 6,0 15 85,28 705,2

7 7,0 16 83,54 712,8

8 8,0 17 76,4 720,3

9 9,0 18 68,22 727,4

О, м3/ч 110 0,03064 м3/с ¡= 0,001 1= 20,7 ° С

Статическое давление

№ кубика № пьезометра № устья ^ мм х, см

1 1,1 1 155,25 669,4

1,2 2 131,51 665,4

1,3 3 127,66 666,8

1,4 4 123,99 669

1,5 5 121,5 671

1,6 6 121,49 672,5

2 2,1 7 121,14 673,8

2,2 8 115,82 676,4

2,3 9 114,78 678,8