Материал: 4507

26

Верхний слой 2 - воздушно-капельный толщиной hвк , где гораздо больший объем занимает воздух.

Под глубиной аэрированного потока ha понимают расстояние от дна до границы раздела воздушно-капельной области потока и воздушной среды

(воздушного потока). При этом сама граница определяется условно:

принимают, что она характеризуется некоторой концентрацией S , например от

0,9 до 0,99.

Если учесть, что

где h - глубина до аэрации.

Рисунок 13 - Двухслойная модель аэрированного потока

Для каналов с хорошим качеством бетонирования по экспериментальным данным С. М. Слисским рекомендуется принимать

где Fr v2 / gh .

Расчеты возникновения аэрации бурных потоков должны выполняться

27

как для максимального расхода Qmax , так и для расходов 0,2; 0,4; 0,6;

0,8Qmax .

Волнообразование на быстротоках. При определенных условиях, как будет показано ниже, может произойти потеря устойчивости потока на быстротоке, которая выражается в образовании на транзитной части катящихся волн (рис.14). Они образуются в некотором сечении 1-1, затем высота (и длина)

волн увеличиваются. Наконец, в сечении, находящемся на расстоянии lпред от

сечения 1-1, где начинается волнообразование, волны могут достичь предельного развития, а далее происходит движение волн с неизменным профилем. При этом максимальная глубина воды в сечении с вершинами волн превышает расчетную нормальную глубину ho на водоскате при одном и том же расходе.

Рисунок 14Волнообразование на быстротоках.

Если длина водоската ниже сечения, где начинается волнообразование,

меньше, чем lпред , то высота катящихся волн не достигает максимального значения.

28

На участке кривой подпора возникшее выше по течению волновое движение усиливается, на участке кривой спада, наоборот, затухает.

Волны могут вызывать значительные всплески в зоне сопряжения в выходной части быстротока и неустановившееся движение в отводящем канале,

что крайне нежелательно.

Источником волнообразования являются турбулентные возмущения.

Если они достигают свободной поверхности сразу по всей ширине потока, то это может привести к образованию катящихся волн.

По Т. Г. Войнич - Сяноженцкому неаэрироваиный равномерный поток,

находящийся в бурном состоянии, будет асимптотически устойчив и волнообразование не состоится, если выполняется следующее неравенство:

по А. С. Оразовскому:

1 k1 2 1 k2 2 ; (38)

1 2k1 1 2k2

29

Для прямоугольного поперечного сечения m =0, для треугольного b =0.

Для быстротоков, на которых возникают катящиеся волны, 1,01 1,039,

Рисунок 15 – График кривой Frволн

При этом с учетом концентрации воздуха 0,36 1 S .

Для предварительных расчетов волнообразования в быстротоках с прямоугольным поперечным сечением ( Пк Fr ) можно использовать график рис. 15, на котором в качестве параметра введена величина v ib1/ 3

определить, будут ли образовываться катящиеся волны на быстротоке.

Очевидно, что относительная ширина b / ho существенно влияет на волнообразование.

Высота волны в сечении, где зарождаются катящиеся волны,

концентрация воздуха).

Для полностью развитых волн максимальная глубина потока (рис.

26.14,б) в быстротоках с прямоугольным поперечным сечением (т. е

Пк0 Fr0)

а минимальная глубина потока

(44)

Высота предельной волны

hв.пред hmax hmin .

Понятно, что высота боковых стенок транзитной части быстротока должна определяться с учетом hmax , если допускается наличие катящихся