WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Напор на водосливе определялся с помощью шпитценмасштаба, установленного в специальном металлическом стакане, который был соединен с водосливом шлангом. Расход водослива определялся по формуле Ребока:

л/c, (5)

где Н - напор на водосливе в дм; b=6,05 дм - ширина водослива.

В процессе модельных гидравлических исследований работы сифонного водосброса определялись следующие параметры: уровни свободной поверхности воды в верхнем бьефе, расход, распределение давлений во входном оголовке, в горле и в проточной части сифонного водосброса.

В проведенных опытах значения числа Рейнольдса достигали величины Re=8,46103, что позволяло отнести исследуемые явления к автомодельной области по критерию Re и считать определяющим критерием число Фруда.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований работы трубчатого сифонного водосброса на модели с внутренним диаметром трубы d=103 мм и перепадом высот между порогом входного сечения трубы и шелыгой выходного сечения 0,42 м. Исследовалась работа сифона в различных режимах, моделирующих работу гидроузла при прохождении паводка: от уровня верхнего бьефа ниже отметки НПУ до максимального подъема и сработки его после прохождения паводка.

В зависимости от трансформирующей способности водохранилища, вида гидрографа паводка и величины его максимального расхода в реальных условиях скорость подъема может колебаться в широких пределах. С целью выяснения влияния скорости подъема уровня верхнего бьефа на скорость зарядки сифона и величину максимального подъема УВБ на модели были проведены исследования зарядки сифона при скорости подъема УВБ 0,5; 1,9; 3,0 и 6,4 мм/мин, Полученные данные представлены на рис. 5, 6. Результаты исследований пропускной способности приведены на рис. 7. За начало зарядки сифона принимался момент появления первых пузырьков воздуха в ковше водосброса. Как показали исследования, при возрастании напора до0,5…0,55 график зависимости УВБ=f(Q) не зависел от скорости подъема горизонта воды в водохранилище. Этот период работы сифона соответствовал I фазе сжатия воздуха в надструйном пространстве. На рис. 7 показана зависимость пропускной способности сифонного водосброса по (1) для напора. Как видно из сопоставления результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных, при напоре Н>0,4d необходимо учитывать повышение давления в надструйном пространстве трубы сифона.

После начала выноса воздуха потоком из зоны гидравлического прыжка интенсивность выноса зависит от скорости подъема УВБ. При малой скорости подъема повышение давления в надструйном пространстве незначительно, в то время как объем выносимого воздуха возрастает пропорционально времени выноса и увеличению расхода воды. При малой скорости подъема УВБ зарядка сифонного водосброса происходит при напоре Н=(0,57…0,58)d. При скорости подъема 6,4 мм/мин зарядка сифона происходит при Н=0,73d. В этом случае быстрое нарастание объема струи в трубе приводит к повышению давления в надструйном пространстве и уменьшению действующего напора на пороге входного сечения трубы, определяемого уровнем воды в капюшоне.

После зарядки сифонный водосброс работает полным сечением в широком диапазоне напоров. Коэффициент расхода сифона находился в диапазоне 0,59…0,61 и соответствовал коэффициенту шероховатости n=0,011 для пластиковых труб при коэффициенте Кориолиса =1,1 в выходном сечении трубы.

Разрядка сифонного водосброса зависит от местоположения впускных отверстий воздухоподводящей трубки и верхней кромки входного сечения капюшона. В базовом варианте кромка входного сечения находилась выше порога входного сечения трубы на 30 мм, чему соответствовала полная зарядка сифона, что способствовало достаточно раннему началу разрядки из-за появления воздушных воронок на входе в капюшон. Заглубление входного сечения капюшона ниже порога входного сечения трубы привело к улучшению работы сифонного водосброса при снижении УВБ. На рис. 7 приведены экспериментальные данные о работе водосброса с опущенной входной кромкой капюшона на 6 мм ниже порога входного сечения трубы.

Одним из важнейших параметров, определяющих работу сифонного водосброса, является величина максимального вакуума. Важность этого параметра, особенно для трубчатых сифонов, заключается в определении максимальных допустимых перепадов уровней в верхнем бьефе и шелыги выходного сечения трубы, а также в определении распределения величины разряжения в капюшоне. В последнем случае вакуум создает внешние нагрузки на капюшон, которые, учитывая его низкую жесткость по сравнению с сифонами, выполненными из железобетона, могут быть опасными с точки зрения устойчивости стенок. Максимальный статический вакуум на изучаемой модели достигал 0,25 м, что составляло 0,5z действующего напора заряженного сифона. Величина максимального вакуума в значительной степени зависит от высотного положения шелыги входного сечения трубы над уровнем верхнего бьефа (статических вакуум) и скоростного напора в трубе (динамический вакуум). Если с учетом пульсации давления допустить максимальную величину вакуума 6,0 м вод.ст., то учитывая экспериментальные данные, трубчатые сифонные водосбросы можно использовать при напорах на гидроузлах до Нгу=6,0/0,5=12 м. На рис. 8 показан график зависимости.

Полученные данные изменения вакуума в капюшоне позволяют построить эпюры нагрузок на его боковые стенки и произвести расчет на прочность и устойчивость. Эти данные приведены в диссертации.

Одной из задач исследований трубчатого сифонного водосброса является изучение работы концевого устройства. Особенностью конструкции изучаемого концевого устройства являлось его исполнение в виде ковша, в поперечном сечении выполненного из трех полуокружностей диаметром d трубы сифона. Нижний участок ковша представлял собой продолжение горизонтального выходного участка трубы сифона, у которой срезана верхняя половина по осевому сечению. Боковые поверхности выполнены из половин той же трубы, присоединенных выпуклостью вверх. Таким образом глубина ковша равнялась диаметру трубы. Торцевая стенка ковша выполнена плоской и наклоненной к горизонту под углом 450. При зарядке сифонного водосброса ковш работал как водослив с переливом воды по всему периметру. В момент зарядки сифона и перехода его в работу полным сечением, происходил отгон прыжка и ковш начинал работать как рассеивающий трамплин. При работе ковша в режиме рассеивающего трамплина отброшенная струя имеет форму купола эллипсоидной формы с большей полуосью, расположенной в плоскости оси трубы. Отлет струи достигал длины 4d, а расширение в плане до 2,5d, что способствовало увеличению периметра падающей струи и снижению удельных расходов.

Кроме базового варианта сифонного водосброса в сокращенном объеме были проведены исследования его модификаций. В частности, исследовалась конструкция сифона с носком-трамплином в концевой части трубы. Идея заключалась в том, чтобы отброшенная к шелыге струя увеличила интенсивность выноса воздуха по аналогии с сифонами прямоугольного сечения. Однако эффективность зарядки не повысилась, а пропускная способность сифона упала. На рис. 5 приведен график зависимости уровня ВБ при зарядке сифона от скорости подъёма УВБ.

В результате исследований трубчатого сифонного водосброса разработана конструкция, обеспечивающая его стабильную работу с максимальной пропускной способностью, и получены экспериментальные данные о коэффициентах расхода и вакууме.

В пятой главе приведены статистическая обработка экспериментальных исследований и выводы регрессионных зависимостей для основных гидравлических параметров трубчатых сифонных водосбросов.

Целью эксперимента являлось сравнение работы различных модификаций трубчатого сифона и построение кривых связи для:

  • пропускной способности базовой конструкции и ее 7 модификаций, описанной регрессионной зависимостью для коэффициента расхода вида

, (6)

где a и b – константы, определяемые по экспериментальным данным. Эти зависимости были сравнены между собой;

  • величины максимального уровня верхнего бьефа при зарядке сифона в зависимости от скорости подъема УВБ, которая может быть описана аппроксимированной регрессионной зависимостью вида

(7)

  • для времени зарядки базовой конструкции сифонного водосброса в зависимости от скорости подъема УВБ, которое может быть описано регрессионным уравнением вида

. (8)

На рис. 9 показан совмещенный график коэффициента расхода в зависимости от для рассмотренных модификаций конструкции трубчатого сифонного водосброса. Зависимости для других параметров приведены в диссертации.

Для выявления статистической достоверности эмпирических зависимостей была выполнена оценка параметров распределения выборок каждого из зависимых факторов. Все параметры регрессионных зависимостей были оценены статистически по критериям Стьюдента, Фишера, коэффициенту детерминации и гомоскедастичности остатков.

В диссертационной работе были определены минимально допустимые объемы каждой из 16-ти выборок (8 вариантов конструкции при работе в двух режимах – зарядка и разрядка) по формуле для бесповторного отбора.

Всего было проведено 317 опытов. Проведенное число экспериментов обеспечило требуемую точность исследований, в которой при повышенной надежности эксперимента допускается ошибка выборки не более 5%. В нашем случае ошибка лежала в пределах 2,5%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Процессы, происходящие в трубчатых сифонных водосбросах весьма сложны и в настоящее время нет возможности аналитическим путем произвести расчеты режимов зарядки и включения сифона в работу. В доступной для изучения литературе приведены методики расчетов сифонных водосбросов уже находящихся в заряженном режиме.

Методик расчетов переходных режимов сифонных водосбросов в изученной литературе не приводится.

2. В диссертационной работе получены теоретические расчетные зависимости для определения гидравлических параметров трубчатых сифонных водосбросов, подтвержденные экспериментальными данными.

3. Экспериментальное обоснование возможности использования сифонных водосбросов в гидротехнической практике при проектировании, строительстве и реконструкции речных гидроузлов основывается на:

  • компактности сооружения;
  • автоматичности их включения;
  • чувствительности к повышению уровня;
  • большой надежности работы;
  • возможности сооружения водосброса после введения в эксплуатацию глухой грунтовой плотины;

4. Экспериментальные исследования позволили получить зависимости для гидравлических расчетов сифонных водосбросов таких типов.

5. В результате проведенных экспериментальных исследований было установлена необходимость большой форсировки уровня верхнего бьефа для первичной зарядки сифона, которая возможна при минимальном напоре, равном 0,5D диаметра сифона, в условиях стабильного состояния уровня верхнего бьефа.

6. Исследование зарядки сифона в условиях растущего уровня верхнего бьефа показали, что величина форсировки и время зарядки зависят от скорости подъема УВБ и достигает 0,7D диаметра сифона при скорости 6,4 мм/мин.

7. Рассмотренные в экспериментальных исследованиях модификации капюшона позволили разработать оптимальную конструкцию, которая может быть использована в проектной практике.

8. Изучено распределение вакуума по длине трубы водосброса. Установлено, что максимальный вакуум возникает во входном сечении. Максимальное значение вакуума зависит от уклона трубы и при i=0,1 достигает величины 0,5 действующего напора сифона. Полученные данные позволяют выполнить расчеты прочности и устойчивости оболочки сифона.

9. Предлагаемая конструкция концевого устройства сифона в виде ковша со стенками, расположенными на уровне шелыги выходного сечения, обеспечивает наиболее быстрое начало зарядки сифона.

10. До момента зарядки сифона ковш работает как водослив с переливом воды по всему периметру, после зарядки – как рассеивающий трамплин. Это обеспечивает благоприятные условия сопряжения бьефов за счет резкого уменьшения удельных расходов в 5-8 раз.

По данной диссертации опубликованы следующие работы:

  1. Лентяева Е.А., Гурьев А.П., Бегляров Д.С. Экспериментальные исследования сифонного водосброса //Экологическая устойчивость природных систем и роль природообустройства в ее обеспечении: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции / МГУП.-2003. – c. 80-81.
  2. Лентяева Е.А., Гурьев А.П., Бегляров Д.С. Модельные гидравлические исследования сифонного водосброса гидроузла Аль Синн в САР // Мелиорация и водное хозяйство/ - 2003.- № 3. – c. 43-44.
  3. Лентяева Е.А., Гурьев А.П., Бегляров Д.С. Пути повышения надежности эксплуатации малых водохранилищ и прудов // Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2004: Сборник материалов / ОАО “ГАО ВВЦ”. – 2004. – с. 167.
  4. Лентяева Е.А. Методика экспериментальных исследований водосбросного сооружения сифонного типа гидроузла Аль Синн в САР // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Сборник материалов Международной научно-технической конференции/ Международная Академия экологической безопасности и природопользования. – 2004. – с.12-15.
  5. Лентяева Е.А., Гурьев А.П., Бегляров Д.С. Исследование модификаций конструкции водосбросного сооружения сифонного типа гидроузла Аль Синн // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Сборник материалов Международной научно-технической конференции/ Международная Академия экологической безопасности и природопользования. – 2005. – с.136-143.
  6. Лентяева Е.А., Гурьев А.П. Конструкции сифонов для автоматического сброса воды // Вопросы мелиорации / - 2005.- №5-6. – c. 94-95.
  7. Лентяева Е.А. Определение коэффициента расхода сифонного водосброса // Вопросы мелиорации / - 2005.- №7-8. – c. 80-83.
  8. Лентяева Е.А., Гурьев А.П., Бегляров Д.С., Беглярова Э.С. Определение времени зарядки низконапорного трубчатого сифона // Мелиорация и водное хозяйство/ - 2006.- № 4. – c. 28-30.

Рис.2. Совмещённые графики изменения объёмов струи Wстр=f(t) и выноса объема воздуха Wвозд=f(t) в трубе сифона

Рис.3. График зависимости dP=f(t)

Рис. 5. График зависимости

Рис. 6. График зависимости

®

Московский государственный университет

природообустройства (МГУП)

Зак. № Тираж

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»