ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ Движение жидкости под действием перепада давлений в закрытых каналах (трубопроводах, водоводах) без свободной поверхности называется напорным*. <...> ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В НАПОРНЫХ ВОДОВОДАХ При проектировании систем подачи и отвода воды в напорных водоводах необходимо знать гидравлические потери. <...> Все гидравлические потери делят на два типа: потери напора на трение по длине hϖд на прямых участках трубопроводов (см. гл. <...> Движение жидкости в напорных трубопроводах Расчет гидравлических потерь по длине прямых участков напорных трубопроводов ведут по формуле Дарси — Вейсбаха (6.112), а расчет потерь напора на местных гидравлических сопротивлениях по формуле Вейсбаха h ϖ =ζ м 2 , V 2 g (9.2) где V — средняя скорость потока в сечении за (после) данным гидравлическим сопротивлением; ζ — коэффициент местного сопротивления. <...> Гидравлические потери в напорных водоводах пространяется на некоторую длину l, в пределах которой движение жидкости не может быть отнесено к плавно изменяющемуся. <...> Тогда, обозначая потери напора при внезапном расширении трубопровода как hϖв.р, окончательно запишем () () . <...> Если считать разность V1 – V2 = ΔV потерянной скоростью, то гидравлические потери при внезапном расширении канала равны скоростному напору потерянной скорости. <...> Гидравлические потери в напорных водоводах ζ= ω −1. в.р ω1 2 2 (9.5) Частным случаем внезапного расширения является выход потока в покоящуюся жидкость (неограниченный бьеф — рис. <...> Движение жидкости в диффузоре сопровождается уменьшением скорости, увеличением давления и, следовательно, преобразованием кинетической энергии жидкости в потенциальную. <...> Потери напора в этом случае обусловлены формированием вихревых зон при входе в узкую трубу в кольцевом пространстве вокруг сжатой части потока (рис. <...> Установившееся движение жидкости в трубопроводах Сложные трубопроводы состоят из нескольких линий либо из одной линии <...>
Гидравлика._В_2_т._Т._2._Напорные_и_открытые_потоки._Гидравлика_сооружений_(1).pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
А.Л. Зуйков
ГИДРАВЛИКА
В двух томах
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ
по образованию в области строительства в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по направлению подготовки 270800 «Строительство»
(10.04.2014 г., № 102-15/819)
Москва 2015
Стр.2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
А.Л. Зуйков
ГИДРАВЛИКА
Том 2
НАПОРНЫЕ И ОТКРЫТЫЕ
ПОТОКИ.
ГИДРАВЛИКА СООРУЖЕНИЙ
Москва 2015
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Часть 1. НАПОРНЫЕ И ОТКРЫТЫЕ ПОТОКИ
9. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В НАПОРНЫХ
ТРУБОПРОВОДАХ _____________________________________ 7
9.1. Гидравлические потери в напорных водоводах ___________ 7
9.2. Установившееся движение жидкости в трубопроводах ___ 14
9.2.1. Классификация трубопроводов. Задачи расчета ___ 14
9.2.2. Расчет коротких трубопроводов ________________ 16
9.2.3. Расчет длинных трубопроводов ________________ 22
9.3. Расчет водопроводной сети __________________________ 26
9.3.1. Расчет всасывающей линии водопровода _________ 26
9.3.2. Расчет нагнетательной линии __________________ 29
9.3.3. Расчет распределительных водопроводных сетей __ 34
9.4. Неустановившееся движение жидкости в напорных
трубопроводах ____________________________________ 52
9.4.1. Неустановившееся движение несжимаемой
жидкости в жестком трубопроводе ______________ 54
9.4.2. Неустановившееся движение сжимаемой жидкости
в упругом трубопроводе. Гидравлический удар ____ 64
10. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ОТВЕРСТИЙ
И НАСАДКОВ. СТРУИ ________________________________ 81
10.1. Истечение жидкости из отверстия в тонкой стенке ____ 81
10.1.1. Истечение в атмосферу (газ) при постоянном
напоре __________________________________ 81
10.1.2. Траектория струи_________________________ 86
10.1.3. Истечение через затопленное отверстие _______ 87
10.1.4. Истечение из больших отверстий ____________ 89
10.2. Истечение жидкости через насадки _________________ 90
10.3. Истечение жидкости через отверстия и насадки
при переменном напоре __________________________ 94
10.3.1. Истечение жидкости в атмосферу ____________ 94
10.3.2. Истечение жидкости под переменный уровень __ 99
10.4. Свободные струи _______________________________ 101
10.4.1. Затопленная струя _______________________ 101
10.4.2. Незатопленная струя _____________________ 103
10.4.3. Динамические свойства струи _____________ 104
419
Стр.419
Оглавление
11. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТЫХ КАНАЛАХ
И РУСЛАХ ________________________________________ 109
11.1. Установившееся движение жидкости
в открытых руслах _____________________________ 109
11.1.1. Равномерное безнапорное движение ________ 109
11.1.2. Неравномерное установившееся течение
в открытых руслах _______________________ 124
11.1.3. Гидравлический прыжок _________________ 160
11.2. Неустановившееся движение жидкости в открытых
руслах _______________________________________ 176
11.2.1. Основные понятия _______________________ 176
11.2.2. Дифференциальные уравнения
неустановившегося плавно изменяющегося
движения в открытых руслах ______________ 180
11.2.3. Решение Сен-Венана _____________________ 184
12. ДВИЖЕНИЕ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД ____________________ 190
12.1. Основные понятия ______________________________ 190
12.2. Критическая скорость двухфазного потока _________ 198
12.2.1. Критическая скорость напорного потока _____ 199
12.2.2. Критическая скорость при безнапорном
движении ______________________________ 201
12.2.3. Рекомендации к практическим расчетам ____ 202
12.3. Кинематические характеристики
двухфазного потока ____________________________ 204
12.3.1. Распределение скоростей _________________ 204
12.3.2. Распределение консистенции ______________ 206
12.4. Потери напора двухфазного потока ________________ 207
12.4.1. Потери напора по длине напорного потока ___ 207
12.4.2. Местные сопротивления __________________ 212
12.5. Механизм взвешивания и переноса твердых частиц __ 213
12.5.1. Подъемная (архимедова) сила _____________ 213
12.5.2. Сила лобового воздействия потока __________ 214
12.5.3. Подъемная сила (по Н.Е. Жуковскому) ______ 217
12.5.4. Силы, связанные с пульсационной структурой
потока _________________________________ 218
12.5.5. Силы, связанные с крупномасштабными
турбулентными структурными образованиями
(по гравитационной теории
М.А. Великанова) _______________________ 219
420
Стр.420
Оглавление
12.5.6. Силы, связанные с относительным
взаимодействием твердых частиц __________ 220
12.5.7. Сила воздействия ветровых волн ___________ 221
12.5.8. Определение результирующей силы ________ 222
12.6. Уравнения движения двухфазного потока __________ 222
12.6.1. Анализ слагаемых уравнения Рейнольдса
для двухфазного потока __________________ 223
12.6.2. Вывод дифференциальных уравнений
пульсационной энергии ___________________ 224
12.7. Диффузионная и гравитационная теории ___________ 227
12.7.1. Диффузионная теория ____________________ 228
12.7.2. Гравитационная теория ___________________ 231
12.7.3. Границы применимости диффузионной
и гравитационной теорий _________________ 234
13. ДВИЖЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД _______________________ 236
13.1. Основной закон фильтрации — закон Дарси_________ 237
13.2. Напорное движение грунтовых вод ________________ 239
13.3. Безнапорное движение грунтовых вод _____________ 243
13.4. Фильтрация под плотиной на нескальном основании _ 249
Часть 2. ГИДРАВЛИКА СООРУЖЕНИЙ
14. ВОДОСЛИВЫ ______________________________________ 261
14.1. Терминология и классификация водосливов ________ 261
14.2. Основная формула расхода водослива ______________ 265
14.3. Водослив с острым порогом ______________________ 266
14.3.1. Формы ниспадающей струи _______________ 266
14.3.2. Три основные задачи расчета водослива _____ 268
14.3.3. Определение коэффициента расхода
водослива ______________________________ 269
14.4. Водослив с широким порогом _____________________ 272
14.5. Водослив практического профиля _________________ 278
15. СОПРЯЖЕНИЕ БЬЕФОВ _____________________________ 284
15.1. Сопряжение бьефов при изменении уклона канала ___ 284
15.2. Сопряжение бьефов при устройстве подпорных
сооружений ___________________________________ 288
15.2.1. Определение глубины сжатого сечения ______ 290
15.2.2. Определение дальности отгона прыжка ______ 294
15.2.3. Особенности сопряжения бьефов
при истечении из-под затвора ______________ 296
421
Стр.421
Оглавление
15.3. Сопряжение бьефов за водосбросной плотиной
с уступом _____________________________________ 298
15.3.1. Расчет плотины с низким уступом __________ 298
15.3.2. Расчет плотины с высоким уступом _________ 304
16. ВОДОБОЙНЫЕ СООРУЖЕНИЯ _______________________ 310
16.1. Водобойный колодец ____________________________ 312
16.2. Водобойная стенка _____________________________ 315
16.3. Комбинированный колодец ______________________ 319
17. СОПРЯГАЮЩИЕ СООРУЖЕНИЯ _____________________ 322
17.1. Перепады _____________________________________ 323
17.1.1. Расчет одноступенчатого перепада __________ 323
17.1.2. Расчет бесколодезного многоступенчатого
перепада _______________________________ 326
17.1.3. Расчет многоступенчатого перепада
колодезного типа ________________________ 330
17.2. Быстротоки ___________________________________ 338
17.2.1. Гидравлический расчет призматического
быстротока _____________________________ 339
17.2.2. Гидравлический расчет непризматического
быстротока с заданной линией свободной
поверхности ____________________________ 343
17.3. Консольные перепады ___________________________ 345
17.3.1. Гидравлический расчет отброса струи носком
консоли ________________________________ 346
17.3.2. Гидравлический расчет размеров воронки
размыва _______________________________ 349
17.4. Шахтные водосбросы ___________________________ 353
17.4.1. Пропускная способность кругового
водослива ______________________________ 354
17.4.2. Очертания воронки без плоского гребня _____ 362
17.4.3. Воронка с плоским гребнем _______________ 367
17.4.4. Переходный участок _____________________ 368
17.4.5. Вертикальная шахта, колено и отводящий
туннель ________________________________ 369
17.4.6. Аэрация потока в шахте __________________ 370
17.5. Сифонные водосбросы ___________________________ 370
17.5.1. Расчет пропускной способности сифона _____ 371
17.5.2. Расчет давления в сечении на повороте ______ 374
422
Стр.422
Оглавление
18. СУДОХОДНЫЕ ШЛЮЗЫ ____________________________ 376
18.1. Общие положения ______________________________ 376
18.2. Схема гидравлического расчета ___________________ 377
18.3. Основное уравнение для расчета шлюзования _______ 378
18.4. Интегрирование основного уравнения без учета сил
инерции ______________________________________ 381
18.4.1. Мгновенное открытие затворов ____________ 383
18.4.2. Медленное открытие затворов _____________ 383
18.5. Интегрирование основного уравнения с учетом сил
инерции при мгновенном открытии затворов ________ 387
19. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКОВ В СООРУЖЕНИЯХ
И МОДЕЛЯХ _______________________________________ 393
19.1. Средства измерения давлений и уровней воды _______ 393
19.2. Средства измерения скоростей потока ______________ 397
19.3. Средства измерения расхода потока _______________ 407
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК _______________________ 417
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ _________________ 418
423
Стр.423