Экспериментальное обоснование параметров гасителей ударного действия трубчатых водовыпусков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат наук Мвуйекуре Жан Клод

• Мвуйекуре Жан Клод
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Мвуйекуре Жан Клод

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРУБЧАТЫХ СООРУЖЕНИЙ С ГАСИТЕЛЯМИ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

1.1. Гаситель энергии ударного действия как объект изучения

1.2. Основные особенности гасителей избыточной энергии потока в концевых частях водовыпускных сооружений

1.2.1. Применение различных конструкций гасителей в нижних бьефах водовыпускных сооружений

1.3. Деформации русла в нижнем бьефе

1.4. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КОНЦЕВЫХ ЧАСТЕЙ ТРУБЧАТЫХ ВОДОВЫПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

2.1. Общие вопросы моделирования гидравлических явлений применительно к рассматриваемым задачам

2.2. Конструктивные решения и определение всех параметров концевых частей трубчатых водовыпусков

2.3. Гидравлическая экспериментальная установка и размеры исследуемых моделей

2.4. Оценка точности выполняемых измерений

2.5. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ КОНЦЕВЫХ ЧАСТЕЙ ТРУБЧАТЫХ ВОДОВЫПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

3.1.Анализ результатов обработки полученных экспериментальных данных

3.2. Кинематическая структура потока на выходе из многосекционного гасителя ударного действия

3.3. Работа элементов шероховатости на рисберме и порога на ее краю за многосекционным гасителем ударного действия

3.3.1. Определение значений коэффициента кинетической энергии потока

3.3.2. Определение коэффициента сопротивления элементов шероховатости

3.4. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ КРЕПЛЕНИЙ НИЖНЕГО БЬЕФА ЗА РАССМАТРИВАЕМЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ

4.1. Модельные гидравлические исследования креплений нижнего бьефа за сооружениями, определение их параметров

4.2. Выводы по четвертой главе

Рекомендации по проектированию и строительству креплений нижнего бьефа

трубчатых водовыпусков с гасителями ударного действия

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

148

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное обоснование параметров гасителей ударного действия трубчатых водовыпусков»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В практике современного гидротехнического строительства для крепления нижнего бьефа и обеспечения безопасного и надежного в эксплуатационном отношении отвода сбрасываемого потока в канал или в русло реки используются различные гасители энергии [32, 34, 53, 89]. Их применение в гидротехнике является одним из наиболее эффективных и надежных методов в борьбе с образованием местных размывов грунта за сооружениями. Рассматриваемые нами типы гасителя энергии нашли применение в тех случаях, когда нижний бьеф водовыпуска продолжительное время работает с малыми глубинами в канале. Особенности практического использования концевых частей трубчатых водовыпусков с гасителями ударного действия, несмотря на их применение в регионах с засушливым климатом и малой водностью, изучены еще явно недостаточно [45, 50, 61, 62, 82, 84].

Степень её разработанности. Работа нижнего бьефа трубчатых водовыпускных сооружений и вопросы крепления нижнего бьефа этих сооружений остаются сложной проблемой на практике в гидротехнике. Глубокие исследования таких типов сооружений проведены Н. П. Розановым, Н. Т. Кавешниковым, И. С. Румянцевым, О. Н. Черных и другими учеными [22, 24, 83]. Ими рассмотрены трубчатые сооружения, для которых большую роль играет недостаточно изученный вопрос обеспечения отсутствия сбойности потока в нижнем бьефе. По результатам их исследований наиболее эффективным типом гасителей является комбинация рассеивающего порога с водобойной стенкой [24].

Настоящая работа посвящена исследованиям метода гашения избыточной энергии потока в нижних бьефах трубчатых водовыпускных сооружений с помощью многосекционного гасителя ударного действия, а также рассмотрению вопросов кинематической структуры потока и борьбы с образованием местных размывов за сооружениями.

Цели и задачи. Совершенствование конструкций многосекционного гасителя ударного действия и детальное изучение кинематической структуры потока за сооружением, а также разработка методик их расчетного обоснования и проектирования.

Для достижения этой цели нами необходимо было решить следующие задачи:

- уточнить геометрические размеры многосекционного гасителя ударного действия, дать обоснование расположения его основных частей;

- расположить элементы усиленной шероховатости на рисберме за многосекционным гасителем, а также добавить порог в её конце и рассмотреть их влияние на кинематическую структуру потока за сооружением;

- изучить влияние кинематической структуры потока на процессы местного размыва при различных гидравлических режимах за сооружением;

- привести методику расчетного обоснования определения рациональной длины участка дополнительного крепления за гасителем;

- разработать на основании полученных экспериментальных данных методику расчетного обоснования элементов сооружений и рекомендации по проектированию многосекционного гасителя ударного действия.

Научная новизна:

Для обеспечения устойчивости кинематической структуры потока в нижнем бьефе многосекционного гасителя ударного действия:

- уточнены геометрические размеры гасителя и дано обоснование расположения его основных частей;

- предложена схема расположения элементов усиленной шероховатости на рисберме для достижения равномерного распределения скоростей за ней;

- рассмотрено влияние кинематической структуры потока на процессы местного размыва в нижнем бьефе и даны графики для его прогноза;

- дана методика определения рациональной длины участка дополнительного крепления за гасителем;

- на основании полученных экспериментальных данных разработана методика расчетного обоснования элементов сооружений и рекомендации по проектированию многосекционного гасителя ударного действия.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученную методику обоснования конструкции на основании экспериментальных исследований, а также предлагаемые нами модификации конструкции гасителя можно внедрить в практику гидротехнического строительства РФ, Республики Бурунди и других стран при устройстве концевых участков трубчатых водопропускных сооружений.

Методология и методы исследования. Лабораторные экспериментальные модельные гидравлические исследования.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты анализа ранее проведенных исследований трубчатых сооружений с гасителями ударного действия;

- новые конструктивные решения концевых частей трубчатых водовыпускных сооружений и методика их экспериментальных исследований;

- полученные эпюры скоростей при различных глубинах в нижнем бьефе и характер кинематической структуры потока при различных гидравлических режимах работы гасителя ударного действия;

- графики экспериментальных зависимостей, полученные в результате проведения исследований концевых частей трубчатых водовыпусков;

- методика расчетного обоснования элементов сооружений и рекомендации по проектированию многосекционного гасителя ударного действия.

Степень достоверности и апробация результатов. Проведение лабораторных гидравлических исследований с использованием современных методов гидравлического моделирования, средств измерений и методов обработки полученных данных делают результаты и выводы диссертационного исследования обоснованными, достоверными и соответствующими теме диссертации.

Основные научные результаты исследований диссертационной работы докладывались на заседаниях кафедры гидротехнических сооружений института природообустройства имени А.Н. Костякова ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева», а также в международных научно-практических конференциях, а также международных форумах (2012 - 2015 гг.):

- Международная научно-практическая конференция «Проблемы развития мелиорации и водного хозяйства в России», Москва, институт природообустройства имени А.Н.Костякова ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, 22-25 апреля 2014 г.;

- Международная научная конференция молодых учёных и специалистов, посвящённая 150-летию РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, 2-3 июня 2015 г.;

- Международный научный форум «Проблемы управления водными и земельными ресурсами», Москва, ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, 30 сентября 2015 г.

По результатам диссертационных исследований опубликовано 5 работ, из которых 3 статьи в научных журналах из перечня, рекомендованного ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объём диссертации. Настоящая диссертационная работа состоит из введения, оглавления, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц и 51 рисунок. Библиографический список литературы насчитывает 102 наименования, из них 30 на иностранных языках.

ГЛАВА 1. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРУБЧАТЫХ СООРУЖЕНИЙ С ГАСИТЕЛЯМИ

УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

1.1. Гаситель энергии ударного действия как объект изучения

Гасители ударного действия в гидротехническом строительстве одни из самых молодых сооружений гасителей избыточной энергии. Первый гаситель ударного действия (в соответствии с рисунком 1.1) был запроектирован в США в 1957 году [45, 50, 78, 83]. В связи с новизной конструкции, гасители ударного действия не получили широкое распространение в первые тридцать лет и не вызвали интерес к гидротехническом строительстве на международном уровне. В 1990 году такие типы гасителей были изучены впервые в Московском гидромелиоративном институте (МГМИ) Е. Ф. Петровым [50, 61, 62]. Автор создал на основании комплексных модельных лабораторных гидравлических исследований рациональную конструкцию концевого гасителя ударного действия для трубчатых водопропускных сооружений, а также разработал методику её расчетного обоснования и проектирования. Проведенные им исследования позволили оптимизировать размеры этой конструкции и модифицировать её (в соответствии с рисунком 1.2). В процессе исследований Е.Ф. Петровым были рассмотрены результаты:

- гидравлических исследований гасителей энергии ударного действия Бюро Мелиорации США (ШВЯ);

-собственных поисковых гидравлических исследований

модифицированных конструкций гасителей энергии;

- экспериментальной оптимизации размеров модифицированного гасителя;

- исследований пульсаций давления потока на элементы гасителей;

- исследований кинематической структуры потока и пульсаций скоростей на жесткой рисберме, а также местного размыва нижнего бьефа.

Рисунок 1.1. Гаситель энергии ударного действия для трубчатых водопропускных

сооружений, Бюро мелиорации США (иББЯ) Исследования Е. Ф. Петрова были проведены с двумя основными моделями гасителей энергии: гасителем Бюро Мелиорации США (иББЯ) и гасителем модифицированной конструкции. Конструкция гасителя Бюро мелиорации представляет собой прямоугольную форму (см. рисунок 1.1), открытую сверху, в отверстие в стенке которой вводится труба 2, внутри камеры имеется забральная балка 3, которая является основным элементом гасителя. Торцы этой камеры жестко закрепляются в боковые стенки камеры 4. Верхняя горизонтальная полка забральной балки 3 направлена своим торцом навстречу потоку из трубы 2. По бокам нижней части вертикального элемента забральной балки 3, расположенной на отметке низа трубы 2, верха концевого порога 5 и дна отводящего русла 6, симметрично выполнены два выреза 7.

Поток поступает в нижний бьеф через отверстие сложной формы, границами которого являются: дно камеры 8, нижняя часть камеры забральной балки 3, боковые стенки камеры 4 и трапецеидальные выреза 7. Боковые стенки 4 после балки 3 выполняются ныряющими, с постепенно линейно уменьшающейся высотой. Поверх торцовой стенки 1 и боковых стенок 4, вплоть до забральной балки 3 выполнен в плане п-образный козырек 9. Сопряжение концевой части этого гасителя с отводящим руслом 6 осуществляется с помощью открылков 10 [50].

Автор пояснил принцип работы этого гасителя следующим образом: поток воды, выходящий из трубы 2, ударяется в забральную балку 3 и теряет при этом значительную часть избыточной кинетической энергии. При этом поток одновременно отражается назад и вниз, к дну камеры 8 и п-образный козырек 9 препятствует вылету брызг за пределы камеры. Отразившись от забральной балки, поток проходит под ней через отверстие во вторую часть камеры гашения, миновав которую он выходит, преодолев концевой порог 5, в отводящий канал 6. Трапецеидальные вырезы 7 в нижней части балки 3 обеспечивают промывку емкости гасителя от наносов, которые могут скопиться в период отключения трубчатого сооружения. Если по каким либо причинам наносы будут заполнять в начальный период нижнюю часть емкости гасителя, расчетный расход поступит в нижний бьеф с переливом через верхнюю полку забральной балки [50]. Автор этого гасителя достаточно жестко определил пределы его применения. Автор рекомендовал использовать его в однокамерном исполнении на одну трубу диаметром не более 1,6 м при пропускаемых расходах Q до 10 м/с и скорость потока на выходе из трубы не более 15 м/^ Ось концевого участка трубы должна быть горизонтальной на длине одного диаметра при ее общем наклоне в сторону нижнего бьефа не более 150 и если наклон трубы больше 150, то горизонтальный участок должен иметь длину не менее двух диаметров. Сооружение обеспечивает нормальный режим эксплуатации, как при напорном, так и при безнапорном режиме истечения [50].

Рисунок 1.2. Модифицированный гаситель энергии ударного действия

И.С.Румянцева и Е.Ф.Петрова Е. Ф. Петров пришел к выводу о том, что гаситель энергии Бюро Мелиорации США (см.рисунок 1.1) показал его достаточно высокую эффективность гашения энергии потока в широком диапазоне изменения расходов и уровней воды в нижнем бьефе, но характер кинематической структуры потока на выходе из этого сооружения - неустойчивый, неравномерность планового распределения глубин и скоростей потока приводит к большим размывам и имеет место отсутствие стабильности течения и снижения эксплуатационной надежности. Предложенная Е.Ф. Петровым конструкция модифицированного гасителя энергии улучшала кинематическую структуру потока на выходе гораздо эффективнее, чем гаситель энергии Бюро Мелиорации США. Комплексные исследования гасителей энергии ударного действия позволили установить действительные диапазоны их рационального применения и методику их расчетного обоснования [ 50].

Модифицированный гаситель ударного действия был признан ВНИИГПЭ изобретением. Размеры последнего (в соответствии с рисунком 1.2) были подобраны на основании результатов модельных гидравлических исследований. В целях достижения максимально равномерного планового распределения удельных расходов на выходе из модифицированного гасителя автором была осуществлена оптимизация его основных размеров в ходе двух серий математически спланированного эксперимента. Сравнительные исследования гидравлических условий работы гасителя Бюро мелиорации и модифицированного гасителя показали, что:

- эти гасители имеют примерно одинаковые гидравлические сопротивления; степени гашения избыточной энергии потока п этими гасителями могут быть определены по зависимостям:

- ту = ш ! о о о/о = 1 0 2,8 0 - 54,98(см. рисунок 1.1), (1.1)

Е1

- у = . 1 о о о/ = 1 0 3,40 - 5 2,4б/^ (см. рисунок 1.2), (1.2)

Е1

где El и E2 - полная удельная энергия потока перед и после гасителя;

- имеет место существенное улучшение кинематической структуры потока на выходе из модифицированного гасителя;

- минимальные собственные частоты колебаний забральных балок гасителей обоих типов, в зависимости от свободных колебаний и реальных нагрузок на эти балки, намного превышают максимальные частоты спектра нагрузок, что позволяет при их расчетах на прочность учитывать динамическую нагрузку как статически приложенную квазистационарную силу [50].

Исследование гидравлических условий работы гасителя конструкции Бюро мелиорации США показало что:

- поток на выходе из камеры гасителя в отводящий канал имеет ярко выраженный неоднородный характер, что существенно отражается на условиях его эксплуатации;

- глубины и скорости потока в нижнем бьефе за гасителем распределены не равномерно, что приводит к неравномерному распределению удельных расходов и высоким значениям коэффициента Кориолиса (а = 1,3 - 1,5);

- конструкция гасителя, предложенная Бюро мелиорации, нуждается в совершенствовании в целях улучшения, как гидравлического режима работы гасителя, так и условий надежной эксплуатации его нижнего бьефа [45, 50].

В качестве достоинств сооружения автор отметил:

- возможность его применения даже в случаях отсутствия данных о характере изменения уровней воды в нижнем бьефе, включая случай работы на сухой нижний бьеф;

- возможность эффективной работы гасителя на широкое отводящее русло [45, 50].

Расчетное обоснование рассматриваемого гасителя пояснялось следующим образом: первоначально проектировщик должен был убедиться в том, что максимальная скорость потока на участке торец трубы - камера гашения не превышает 9,14 м/с. Далее, используя графики минимально допустимой и максимально рекомендуемой ширины камеры гасителя, проектировщик определял строительную ширину В гасителя в зависимости от его расчетного расхода Q. Автор гасителя утверждал, что гаситель может успешно работать и при напорном режиме в трубе меньшего диаметра со скоростью V > 3,66 м/с, а также в случае работы неполным сечением трубы большего диаметра. Толщину конструктивных элементов рекомендовалось определять, исходя из соображений прочности и устойчивости сооружения. Крепление нижнего бьефа за гасителем предлагалось выполнять из каменной наброски толщиной ^кам из камней диаметром 10 - 35 см на длину не менее одной ширины камеры гасителя.

В работе [50] предлагали некоторые направления дальнейших исследований:

- продолжить исследовать гидравлические условия работы конструкции ударного действия, состоящего из нескольких секций при симметричных и несимметричных сбросах;

- существенно расширить в дальнейших исследованиях диапазон изменения относительной ширины гасителя энергии Б/Втр, где В - ширина гасителя, Бтр -диаметр тубы;

- продолжить гидравлические исследования гасителей ударного действия, рассмотрев характер и величины гидродинамических воздействий на элементы гасителей, используя для этого датчик-плиту;

- более подробно рассмотреть гидравлические условия работы рассматриваемых гасителей энергии в широком диапазоне изменения характера потока в подводящем водоводе (от напорного до безнапорного);

- провести широкие исследования кинематических и турбулентных характеристик потока в нижнем бьефе; рассмотреть влияние на эти характеристики компоновочных и конструктивных особенностей гасителей, исследовать пространственную картину изменения этих характеристик при различных компоновочных схемах нижнего бьефа;

- углубить исследования размывающей способности потока и переформирования дна и откосов отводящего русла, выполняемого в различных грунтах.

На основе этих предложений, в 1993 г. Мосбах Абдельхалим продолжил исследования гасителя ударного действия под руководством И.С. Румянцева [45]. По результатам комплексных гидравлических исследований ими были разработаны конструктивные мероприятия и методы расчетного обоснования многосекционного гасителя ударного действия (см. рисунок 1.3), а также выполнены исследования переформирований дна отводящего канала за трехсекционным гасителем ударного действия в условиях симметричных и несимметричных сбросов и составлены рекомендации по проектированию рассматриваемого гасителя [45]. Следует отметить, что исследования гидравлических условий работы нижних бьефов и дна отводящего канала за трубчатыми водопропускными сооружениями, оборудованными в концевой части многосекционным гасителем ударного действия были рассмотрены А. Мосбахом впервые.

Рисунок 1.3. Многосекционный гаситель ударного действия И.С. Румянцева и

Мосбаха Абдельхалима В результате этих исследований были получены конкретные предложения, внедрения которых в проектную практику позволяет усовершенствовать методы проектирования и расчетного обоснования подобных сооружений [45].

Это позволило полагать, что в рамках выполненных А. Мосбахом исследований содержатся новые подходы к решению задачи проектирования нижних бьефов за рассматриваемым гасителем, что позволит более обоснованно подходить к решению конкретных прикладных задач, связанных с дальнейшим их внедрением в практику гидротехнического строительства. На основании проведенных экспериментальных исследований было подтверждено, что гасители ударного действия, построенные в концевых частях трубчатых водопропускных сооружений - перспективные конструкции, эффективные по решению традиционной задачи сопряжения бьефов. А. Мосбах получил также данные об изменении коэффициентов кинетической энергии потока в этих случаях [45].

Для достижения рассматриваемых задач была построена специальная экспериментальная установка в лаборатории водосбросных и водозаборных сооружений кафедры гидротехнических сооружений.

Питание установки осуществлялось от стационарного напорного трубопровода лаборатории, имеющего диаметр 750 мм, через подводящий водовод, диаметром 100 мм, снабженный регулирующей задвижкой. К последнему примыкал питательный трубопровод диаметром 100 мм. Три трубопровода диаметром 530 мм, моделировавшие водоводы трубчатого сооружения одним концом примыкали к питательному трубопроводу, а другим -к моделям камер гасителей ударного действия. Эти трубопроводы были оборудованы: регулирующими задвижками, мерными диафрагмами с внутренними диаметрами 25 мм и манометрами. Модели камер гасителя ударного действия были выполнены из оргстекла. Крепление нижнего бьефа также было выполнено из оргстекла. Эти модели были смонтированы в стальном гидравлическом лотке [45].

В результате исследований, автор получил графики для прогноза осредненных и донных скоростей в различных поперечниках нижнего бьефа при различных режимах работы многосекционного гасителя ударного действия. Автор изучал основные закономерности переформирований речного дна за многосекционным гасителем ударного действия и дал рекомендации для назначения длины такого крепления. В заключение их исследований, автор пояснил, что нижние бьефы многосекционных гасителей ударного действия работают существенно сложнее, чем нижние бьефы одинарных гасителей такого типа, особенно в случае несимметричных сбросов потока. В его экспериментах была принята водобойная стенка для крепления за сооружением высотой от 4 до 6 см и длиной от 30 до 50 см. Автор пояснил, что в экспериментах поиск оптимального местоположения стенки производился при наихудших гидравлических условиях работы нижнего бьефа: когда работает только одна из крайних труб (см. рисунок 1.4, а); когда работают две соседние трубы, одна из которых центральной секции (см. рисунок 1.4, б).

а)

б)

Рисунок 1.4. Измеренные плановые эпюры скоростей при различных глубинах в нижнем бьефе: а) - при работе одной секции; б) - при работе двух крайних

секций

1.2. Основные особенности гасителей избыточной энергии потока в концевых частях водовыпускных сооружений

1.2.1. Применение различных конструкций гасителей в нижних бьефах

водовыпускных сооружений

Одной из действенных мер гашения энергии в нижнем бьефе является установка на водобое гасителей энергии. В результате их действия можно достичь затопления прыжка, что позволяет избежать устройства длинного водобойного колодца или уменьшает его глубину. Гасители, установленные в сжатом сечении или вблизи него, вызывают фонтанирование воды, что ухудшает режим за гасителями и увеличивают динамическую нагрузку на водобой. Размещение гасителей в области больших скоростей может привести к кавитационной эрозии гасителей и водобоя за гасителями [2, 4, 32, 76, 96, 97, 98, 99]. Удаление гасителей от сжатого сечения и округление их граней увеличивают кавитационную стойкость гасителей, но уменьшают их воздействие на поток. Подверженность гасителей кавитационной эрозии ограничивает возможность их применения при больших скоростях: допустимое превышение уровня верхнего бьефа над плитой водобоя при к2 = (1,05^1,10)Н 2 обычно не более 40 - 45 м. При устройстве за высоконапорными водосбросами водобойного колодца требуется или иметь плиты водобоя значительной толщины, или применять анкеровку плит, которая должна быть достаточно мощной вследствие динамического характера нагрузки на плиты водобоя [64, 101, 93, 94].

Для улучшения условий работы и удешевления крепления в нижнем бьефе гидротехнических сооружений прибегают к исследованию различных гасителей энергии. Наиболее распространенными из них являются либо водобойный колодец, образованный уступом за счет углубления дна флютбета, либо водобойная стенка, либо комбинированный водобойный колодец, зубчатые и прорезные пороги, шашки, пирсы [24, 32, 36, 39].

Различают три вида воздействия гасителей энергии на поток в нижнем бьефе: реактивное, диссипативное и распределительное.

- реактивное заключается в том, что гасители, выступая над дном, создают дополнительную реакцию, направленную против течения потока.

Это проводит к затоплению прыжка при глубинах нижнего бьефа, меньших, чем это требуется, исходя из уравнения сопряженных глубин;

- диссипативное проявляется в интенсификации процесса рассеивания энергии. Установка гасителей в потоке вызывает образование дополнительных вальцевых областей и зон раздела с большими градиентами скоростей;

- распределительное понимает влияние гасителей на переформирование кинетической структуры потока. Происходящий при этом переход потока с донного в поверхностный режим течения с резким уменьшением придонной скорости, сопровождается улучшением распределения и скоростей и глубин, что ведет к уменьшению размыва [53, 57, 101]. Теоретический анализ и практический опыт показывают, что гасители энергии вносят изменения в общую структуру гидравлических процессов в прыжке. Основное изменение заключается в том, что они ограничивают свободу колебательного движения транзитной струи в вертикальной плоскости и тем самым резко уменьшают диссипацию механической энергии. К выбору формы и расположения гасителя энергии следует подходить с учетом его суммарного реактивного и диссипативного влияния на поток. По исследованию С. К. Кузнецова подпертым прыжком называется явление, когда выброса транзитной струи в вертикальном направлении перед гасителем из окружающей ее массы жидкости не наблюдается, поверхностный водоворот имеет достаточное развитие, а транзитная струя перед гасителем успевает расшириться до критической глубины [26].

Элементы конструкции крепления, предназначенные для улучшения работы гасителей, уменьшения удельных расходов струи в месте падения ее на основание, увеличения эффективной глубины потока, входящего на водобой называются расщепителями потока. Их устанавливают параллельно направлению потока и симметрично относительно его оси [1, 3, 8].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мвуйекуре Жан Клод, 2016 год

- 119 с.

21. Дмитриев, А. Ф. Кинематическая структура потока в донном гидравлическом прыжке / А. Ф. Дмитриев, Н. Н. Хлапук // В сб.: Русловые процессы и методы их моделирования. - 1977. - С. 75 - 82.

22. Кавешников, Н. Т. Исследование кинематических характеристик потока в нижнем бьефе трубчатых сооружений: гидравлика дорожных водопропускных сооружений / Н. Т. Кавешников. - Гомель: БелИИЖТ, 1973. - С. 237 - 240.

23. Кавешников, Н. Т. Местный размыв в нижнем бьефе трубчатых сооружений / Н. Т. Кавешников // Гидротехника и мелиорация. - 1972. - № 5. - С. 22 - 25.

24. Кавешников, Н. Т. Устройство нижнего бьефа водосбросов / Н. Т. Кавешников, Е. И. Китов, О. Н. Черных и др.; под ред. проф. Розанова Н.П. - М.: Колос, 1984. - 269 с.

25. Калинович, А. С. Исследование взаимодействия турбулентных потоков с несвязанными грунтами: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.14.09 / Калинович Анатолий Станиславович. - Минск, 1978. - 22 с.

26. Кузнецов, С. К. Принципы возникновения сбойности потока и формы сбойных течений: Тр.Укр. ин-та инженеров водн. хоз - ва / С. К. Кузнецов. - М.: вып. 10, 1963.

27. Кузнецов, С. К. Теория и гидравлические расчеты нижнего бьефа / С.К. Кузнецов. - Львов: Изд-во при Львов. Ун-те, 1983. -176 с.

28. Кумин, Д. И. Турбулентность и гашение энергии при сопряжении бьефов / Д. И. Кумин. - Л.: Изв.ВНИИГ, 1956. - Т.55. - С. 7 - 36.

29. Кумин, Д. И. О рассеивании энергии в нижнем бьефе и его влияние на выбор длины крепления: в 46 т. / Д. И. Кумин. - Л.: изв.ВНИИГ, 1951. - 46 т.

30. Кумин, Д. И. Сопряжение бьефов при поверхностном режиме / Д. И. Кумин. - Л.: М.: Госэнергоиздат, 1948. - 124 с.

31. Кумин, Д. И. Сопряжение глубины гидравлического прыжка в пространственных условиях / Д. И. Кумин // Гидротехническое строительство. -1950. - № 2. - С. 2 - 7.

32. Железняков, Г. Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика / Г. Железняков, Ю. Ибадзаде, П. Иванов, и др.; под ред. В. П. Недриги. - М.: Стройиздат, 1983. - 543 с.

33. Лапшев, Р. Н. Гидравлика / Р. Н. Лапшев. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 268 с.

34. Леви, И. И. Движение речных потоков в нижних бьефах гидротехнических сооружений / И. И. Леви. - М.: Л.: Госэнергоиздат, 1979. -265с.

35. Леви, И. И. Моделирование гидравлических явлений / И. И. Леви. - Л.: Энергия, 1957. - 252 с.

36. Ляпин, В. Е. Гасители энергии в виде прорезных стенок / В. Е. Ляпин. -М.: Л.: Госэнергоиздат, 1970. - 402 с.

37. Ляпин, В. Е. Гидравлический расчет гасителя энергии, выполняемого в виде прорезной стенки, и концевого крепления за ним / В. Е. Ляпин. - Л.: Известия ВНИИГ, 1962. - т.71. - С. 99 - 121.

38. Лятхер, В. М. Гидравлическое моделирование / В. М. Лятхер, А.М. Прудовский. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 392с.

39. Маслов, А. Б. Гидродинамическое воздействие потока на гасители энергии и расщепители: дис. ... канд. техн. наук: 05.14.09 / Маслов Александр Борисович. - М., 1982, 210 с.

40. Мвуйекуре, Ж. К. Гидравлические условия работы концевых участков водовыпусков, оборудованных гасителями ударного действия / Ж. К. Мвуйекуре // Природообустройство. - 2014. - №5. - С. 55- 59.

41. Мвуйекуре, Ж. К. Результаты анализа ранее проведенных исследований трубчатых сооружений с гасителями ударного действия / Ж. К. Мвуйекуре // Вестник МГАУ. - 2014. - №2. - С. 50 - 54.

42. Мирцхулава, Ц. Е. Надежность гидромелиоративных сооружений / Ц. Е. Мирцхулава. - М.: Колос, 1974. - 278 с.

43. Мирцхулава, Ц. Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости / Ц. Е. Мирцхулава. - М.: Колос, 1967. - 120 с.

44. Михалев, М. А. О моделировании местного размыва русла за водосбросными плотинами / М. А. Михалев // Инженерно-строительный журнал. - 2013. -№2. - С. 67-74.

45. Мосбах, А. Совершенствование конструкций и метод расчетов концевых частей трубчатых водопропускных сооружений с многосекционными гасителями ударного действия: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.07 / Мосбах Абдельхалим. - М., 1993. - 159 с.

46. Павлов, Е. И. Исследование кинематических характеристик открытого турбулентного потока при сопряжении бьефов за шлюзами регуляторами:

автореф. дисс. ...канд. техн. наук: 05.14.09 / Павлов Евгений Игоревич. - Киев, 1978. - 18 с.

47. Павловский, Н. Н. Гидравлика / Н. Н. Павловский. - Л.: Изд.управл.водн. хоз-ва Средней Азии и Государственного научно-мелиоративного ин-та, 1928. -379 с.

48. Павловский, Н. Н. Гидравлический справочник: пособие при гидравлических расчетах / Н. Н. Павловский. - Л.: Путь, 1924. - 192 с.

49. Петров, Г. А. Движение жидкости с изменением расхода / Г. А. Петров. -М., - Л.: Стройиздат, 1951. - 200 с.

50. Петров, Е. Ф. Гаситель энергии ударного действия в концевых частях трубчатых водопропускных сооружений: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.07 / Евгений Федорович Петров. - М., 1990. - 242 с.

51. Попова, К. С. Исследование кинематической структуры потока

на рисберме и в яме размыва за плотинами на несвязных грунтах / К. С. Попова //

Известия ВНИИГ. - 1970. - т.94. - С. 96 - 109.

52. Преображенский, Н. А. Пульсация давления на дно потока при

сопряжении бьефов и расчёт толщины крепления русла в нижнем бьефе / Н. А.

Преображенский // Известия ВНИИГ. - 1951. - т.46. - С. 129-139.

53. Рассказов, Л. Н. Гидротехническое строительство, Часть 1: учебник для вузов / Л.Н. Рассказов, В. Г. Орехов, Н. А. Анискин, В. В. Малаханов, А. С. Бестужева, М. П. Саинов, П. В. Солдатов, В.В. Толстиков. - Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. - 576 с.

54. Розанов, Н. П. Влияние макротурбулентность в нижних бьефах трубчатых водосбросных сооружений на устройства нижнего бьефа и местные размывы / Н. П. Розанов, А. С. Животовский, Н. Н. Пашков // Тр. По гидротехнике и гидростроительству. - 1970. - С. 118 - 128.

55. Розанов, Н. П. Гидравлическое исследование нижнего бьефа за трубчатыми сооружениями / Н. П. Розанов, Н. Т. Кавешников // Научн. исслед. по гидротехнике в 1971 г. - 1973. - № 2. - С. 23 - 28.

56. Розанов, Н. П. Гидравлические расчеты водопропускных труб : учебное пособие / Н. П. Розанов. - М.: МГМИ, 1979. - 69 с.

57. Розанов, Н. П. Гидротехнические сооружения: Учебное пособие / Н. П. Розанов, Я. В. Бочкарев, В. С. Лапшенков и др.; под ред. Н. П. Розанова. - М.: Агропромиздат, 1985. - 432 с.

58. Розанов, Н. П. Особенности проектирования и строительства гидротехнических сооружений в условиях жаркого климата: учебное пособие / Н. П. Розанов, И. С. Румянцев, С. Н. Корюкин и др. - М.: Колос, 1993. - 303 с.

59. Розанова, Н. Н. Моделирование работы гидротехнических сооружений: учебное пособие / Н. Н. Розанова. - М. : Изд-во Рос.ун-та дружбы народов, 1998. - 108 с.

60. Россинский, К. И. Местный размыв речного дна в нижних бьефах крупных гидротехнических сооружений: Проблемы регулирования речного стока / К. И. Россинский. - М.: АН СССР, 1956. - вып.6. - С. 94 - 187.

61. Румянцев, И. С. Гаситель энергии ударного действия в концевых устройствах трубчатых водопропускных сооружений / И. С. Румянцев, Е. Ф. Петров // Тез. докл. Всесоюзной конф. Молодых ученых «Пути повышения эффективности использования водных ресурсов в условиях их нарастающего дефицита». - 1988. - С. 49 - 50.

62. Румянцев, И. С. Совершенствование конструкций гасителей энергии ударного действия трубчатых водопропускных сооружений / И. С. Румянцев, Е. Ф. Петров // Исследование гидротехнических сооружений, их аварий и рекомендаций. - 1989. - С. 35 - 43.

63. Румянцев, И. С. Особенности применения гасителей энергии ударного действия за концевыми частями трубчатых водовыпусков / И. С. Румянцев, Жан Клод Мвуйекуре // Природообустройство. - 2014. - №4. - С. 42- 46.

64. Слисский, С. М. Гидравлические расчеты высоконапорных гидротехнических сооружений / С. М. Слисский. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 304 с.

65. Ухин, Б. В. Инженерная гидравлика: Учебное пособие / Б. В. Ухин, Ю.Ф. Мельников; под редакцией Б. В. Ухина. - М.: Издательство АСВ, 2011. - 344 с.

66. Фурсов, В. В. Определение гранулометрического состава грунтов: методические указания / В. В. Фурсов, М. В. Балюра. - Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит.ун-та, 2007. - 21с.

67. Ханов, Н. В. Обоснование методов гидравлических расчетов водосбросов с тангенциальными завихрителями: дис. ... докт. техн. наук: 05.23.07, 05.23.16 / Ханов Нартмир Владимирович. - М., 1998. - 349 с.

68. Чертоусов, М. Д. Гидравлика: специальный курс / М. Д. Чертоусов. - М.: Госэнергоиздат, 1962. - 632 с.

69. Чоу, В.Т. Гидравлика открытых каналов: Учебник для вузов / В.Т. Чоу. -Москва, 1969. - 464 с.

70. Чугаев, P. P. Гидравлика. / P. P. Чугаев. - M.: Л: Энергоиздат, 1982. - 672

с.

71. Штеренлихт, Д. В. Гидравлика: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям подгот. дипломир. специалистов в обл. техники и технологии, сел. и рыб. хоз-ва / Д. В. Штеренлихт. -3-е. изд., перераб. и доп.- М.: КолосС, 2004. - 655 с.

72. Щапов, Н. М. Гидрометрия гидротехнических сооружений и гидромашин / Н. М. Щапов. - М.: Л.: Госэнергоиздат, 1957 - 238с.

73. Alikhani, A. Hydraulic Jump in Stilling Basin with Vertical End Sill / A. Alikhani, R., Behrozi, M. Fathi // International Journal of Physical Sciences. - 2010. -Vol. 5. - № 1. - P. 25 - 29.

74. Asma, E. A. Etude des dissipateurs d'énérgie de type auge sur fond mobile: thèse présentée à la faculté des études supérieures de l'université Laval pour l'obtention du grade Philosophiae Doctor (Ph. D) / E.A. Asma // Département de genie civil. -Montréal, Canada, 2004. - 245 p.

75. Backshall, E. G. The Boundary-Layer Velocity Distribution in Turbulent swirling Pipe flow / E .G. Backshall, F. Landis // Transactions of the ASME. Journal of Basio Engineering. Ser.D. - 1969. - Vol.91. - H 4. - P.728 - 733.

77. Binder, M. M. Problèmes généraux de la dissipation d'energie dans les ouvrages et circuits hydrauliques / M. M. Binder, Duport, Meilland, Ramette, Valibouse // La houille Blanche. - 1980. - № 8. - P. 423 - 430.

78. Bradley, J. N. Hydraulic Design of Stilling Basins / J. N. Bradley, A. J.Peterka // Journal of A.S.C.E., Hydraulic Engg. - 1957. - Vol. 83. - № 5. - P. 1401 - 1406.

79. Buckingham, E. Model experiments and the form of empirical equations / American Society Mechanical Engineers. - 1915. - Vol. 37. - P. 263 - 296.

80. Castinel, G. Etude de déversoirs inclinés par rapport au radier d'un canal / G. Castinel, A. Barbe, J. Nougaro // Le génie civil. - 1970. - Vol. 147, № 4. - P.214 - 218.

81. Comolet, R. Mécanique expérimentale des fluides - Tome 1 / R. Comolet // Edité par masson. - Paris, France. - 1990. - 242 p.

82. Elevatorski, E. A. Hydraulic energy dissipators / E. A. Elevatorski. - New -York - Toronto - London, 1959. - 221 p.

83. Federal Highway Administration. Hydraulic Design of Energy Dissipators for Culvers and Channel [Электронный ресурс] / Philip L. Thompson, Roger T. Kilgore. -Denver: Kilgore Consulting and Management, 2006. - 287р. - Режим доступа: https://www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/pubs/06086/hec14.pdf.

84. Fiala, J. R. Manifold Stilling Basins / J. R. Fiala, L. A. Maurice // Journal of A.S.C.E., Hydraulic Div. - 1961. - Vol. 87. - № 4. - P. 55-81.

85. Garde, R. J. Evolution of design of energy dissipator for pipe outlets / R. J Garde, P. D. Saraf, D. J. Dahigaonkar // Irrigation and power. - 1986. - P. 145 - 154.

86. Gogus, M. Effect of Stilling Basin End sills on the River Bottom Erosion / M. Gogus, M. K. Cambazoglu, M. Yazicioglu // Advances in Hydro Science and Engineering. - 2006. - Vol. VI. - P. 1-9.

87. Gosse, J. A. Mécanique des fluides/ J. A. Gosse // Techniques de l'Ingénieur, traité Sciences fondamentales. - Paris, France. - 1995. - 57 p.

88. Handa, C. L. Performance of ski-jump energy dissipators / C. L. Handa, K. C. Thomas // Model and Prototype Conformity, Central Water and Power Research Station. - 1966. - Vol. 1. - P. 116-121.

89. Hartung, F. Design of Overflow Rockfill Dams / F. Hartung, H. Scheuerlein // Proc. 10th ICOLD Congress, Montreal, Canada. - 1970. - № 36. - P. 587-598.

90. Keim, S. R. Contra Costa Energy Dissipator / S. R. Keim // Journal of A.S.C.E., Hydraulic Division. - 1962. - Vol. 88. - № 2. - P. 109-122.

91. Lefebvre, J. Mesure des débit et des vitesses des fluides / J. Lefebvre. - Paris, France: Collection mesures physiques. - 1986. - 367 p.

92. Lenau, C. W. Flow through spillway flip bucket // C. W. Lenau, J. J. Cassidy // Journal for hydraulics division. - 1969. - Vol. 95, № 2. - P. 633 - 648.

93. Matthew, G. D. On the influence of curvature, surface tension and viscosity on flow over round crested weirs / G. D. Matthew // Institution Civil Engineers. - 1963. -Vol. 25. - P. 511 - 524.

94. Matthew, G. D. On the influence of curvature, surface tension and viscosity on flow over round crested weirs / G. D. Matthew // Institution Civil Engineers. - 1964. -Vol. 28. - P. 557 - 569.

95. Noshi, H. M. Energy Dissipation near the Bed Downstream End sill / H. M. Noshi // IHAR Proceeding. - 1999. - P. 1- 8.

96. Peterka, A. J. Hydraulic design of stilling basins and energy dissipators / A.J. Peterka. - Denver: Colorado, U.S. - 2015. - 240 p.

97. Rand, W. An approach to generalized design of stilling basins / W. Rand // Journal of the hydraulics Division. - 1957. - Vol. 20. - № 2. - P. 173 - 191.

98. Rand, W. Flow over a vertical sill in an open channel / W. Rand // Journal of the hydraulics Division. - 1965. - Vol. 91. - № 4. - P. 97 - 122.

99. Rand, W. Flow over dentated sill in an open channel / W. Rand // Journal of the hydraulics Division. - 1966. - Vol. 92. - № 5. - P. 135 - 153.

100. Schiestel, R. Modélisation et simulation des écoulements turbulents / R. Schiestel, Hermès. - Lavoisier: Wiley-ISTE, 2008. - 768 p.

101. Sinniger, R. O. Constructions hydrauliques / R. O. Sinniger, W.H. Hager// Ecoulements stationnaires. -Lausanne: Presses polytechniques romandes. - 1988. - 437 p.

102. Tiwari, H. L. Reduction of Scour depth downstream of pipe outlet stilling basin using end sills / H. L. Tiwari, V. K. Gahlot, Seema Tiwari // International Journal of Engineering Sciences. - 2013. - Vol. 2. - № 2. - P. 20-25.