Звіт з. РОЗРАХУНОК ПЛАНУ ТЕЧІЙ

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра гідротехнічного будівництва, опору матеріалів та будівельної механіки

Дисципліна - «Гідротехнічні споруд»

Звіт з

лабораторної роботи №4 на тему:

«Побудова плану течії на криволінійній ділянці русла»

Виконав (ла):

Студент 4-го курсу

ННІ водного господарства

та природооблаштування

Жакун М. М.

Перевірив:

Меддур А. С.

Рівне – 2014

Вихідні дані:

n = 5

i = 0, 00078

B = 120

R = 300

отм УВ 250

ДУГА = 300 м

Uo = 4, 7 м/c

Qo = 2600, 04 м3/c

Вступ

При розрахунку деформацій русел гірських рік, які є причиною обвалу берегів і катастрофічних руйнувань багатьох об'єктів народного господарства, необхідно виконати комплекс попередніх обчислень. В першу чергу повинна розв’язуватись планова задача гідравліки для конкретної ділянки, на якій здійснюється регулювання русла. Якщо розглядається комплекс регулюючих споруд на значній ділянці русла (кілька км по довжині), то спочатку необхідно виконати розрахунок вільної поверхні в рамках одновимірної задачі гідравліки. Після отримання розв’язку попередніх задач (вільна поверхня, планова задача) можна переходити до розрахунку розмивів.

Мета роботи - розв'язання модельної задачі прогнозування руслових деформацій.

РОЗРАХУНОК ПЛАНУ ТЕЧІЙ

Розрахунок плану течій здійснюється за програмою “Plane Flume. xls. ” Програма дозволяє розширити розрахункові поля табличного процесора з метою подальшого уточнення розрахунку, проведення більшої кількості чисельних процедур наближення та врахування додаткових факторів. При цьому розв’язується система з двох диференціальних рівнянь в частинних похідних

(1)

за умови нерозривності

(2)

де враховує збільшення опору за рахунок циркуляції,

и – середня на вертикалі швидкість потоку;

l – поздовжня координата;

J_l, J_П- поздовжній і поперечний радіуси,

- радіус кривини лінії струму.

В першому наближенні швидкості обчислюються з врахуванням сил тертя, в другому – з врахуванням уклонів і швидкостей першого наближення. Глибини в першому наближенні розраховуються шляхом врахування поздовжнього уклону та відцентрових сил на повороті. В другому наближенні глибини та швидкості враховують сили тертя інерції та додатковий опір за рахунок повороту потоку.

Для роботи з програмою задаються наступні вихідні дані:

- параметри ділянки повороту русла постійної ширини В (лист 1, клітинка B6, надалі познається як 1-В6)і радіуса R (1-В7) динамічної осі потоку,

- кількість розрахункових ділянок по довжині русла задається параметром n (1-В4),

- поздовжній уклон J (1-В5),

- поздовжня швидкість потоку U₀ на початку ділянки (1-В10)

- - відповідно позначки поверхні та дна в початковому створі по осі потоку (1-В8 та 1-Е10).

В залежності від значень вихідних даних розрахункова область покривається сіткою з координатами вузлів, які визначаються програмою і рівномірно покривають досліджувану область. Поздовжні координати точок заданої ділянки визначаються довжиною дуги вздовж центральної (динамічної) осі. На розрахункових таблицях відмічено відповідні поля, які позначені масивами з номерами. Координати вузлів по ширині потоку позначені жовтим фоном, поздовжні координати - зеленим. Номера вузлів вздовж потоку нумеруються індексом і, поперек потоку – індексом k. При необхідності кількість вузлів в масивах може бути збільшено за рахунок згущення сітки, при цьому всі масиви файла необхідно перебудувати вручну, але розмноження операторів на більш у площину буде здійснюватися автоматизовано.

В Масив 4лист 1 необхідно ввестивисоти мілини h_лок, які накладаються на координати дна, що рівномірно знижується. Для оперативної зміни висоти штучного нагромадження наносів, що задається масивом 4, введено коефіцієнт К_остр. (1-L8), який пропорційно міняє всі значення його висот, зокрема замість мілини можна отримати поглиблення, якщо задати його від’ємним.

Алгоритм розрахунку:

1. Визначається витрата потоку

(3)

де .

2. Для всіх вузлів і (номер вузла за напрямком l), k (номер вузла за напрямком r) визначаються позначки дна (лист 1, масив 1).

3. В першому наближенні будується матриця рівнів вільної поверхні (лист 1, масив 2) за формулою:

; (4)

4. Уточнюється глибина (лист 1, масив 3)

(5)

5. За уточненими глибинами знаходяться коефіцієнти Шезі ; (лист 2, масив 1).

6. Розраховуються швидкості, осереднені по вертикалі (лист 2, масив 2)

; (6)

7. Після визначення осереднених по вертикалі швидкостей за (6) та глибин за (5) нерозривність враховується наближено. При цьому рівняння нерозривності планової задачі зводиться до його інтегральної форми , а також виконується розрахунок коефіцієнтів , які визначають відношення витрати, що проходить в данному створі, до витрати, яка проходить у початковому створі. При перевірці умови нерозривності обчислюються питомі витрати потоку на вертикалях . Після того обчислюється повна витрата шляхом сумування питомих витрат за кожним поперечним перерізом і множення на ширину розрахункової смуги . Обчислюються коефіцієнти (в першому наближенні такі розрахунки здійснюються в клітинках C5-H5 лист 3), де Q₀ – витрата в початковому створі. Коректуються швидкості - , де І, ІІ - номера відповідних наближень. В програмі швидкості коректуються два рази: перший раз у масиві 6 на листі 2 на основі коефіцієнтів, обчислених k і j в масиві 1 на листі 3, другий раз – в масиві 8 на листі 2. Перевірка умови нерозривності проводиться у масивах 1, 7 і 9 на листі 2. В масиві 7 обчислюються питомі витрати , швидкості і глибини беруться з масиву 6 та масиву 5 лист 2 відповідно. В масиві 8 знов обчислюються швидкості , де - масив 7 лист 2, - коефіцієнти, що обчислюються нижче масиву 7. по коректованих швидкостях з масиву 8 обчислюються питомі витрати (масив 9), знов знаходяться коефіцієнти, які всі повинні дорівнювати одиниці. При необхідності можна збільшити кількість ітераційних циклів перевірки масивів.

8. Визначаються поздовжні уклони з врахуванням тертя, інерції, циркуляції за рівняннями (1), коректуються рівні вільної поверхні (лист 2, масив 3).

(7)

Алгоритм повторюється до досягнення достатньої збіжності. На листі 3 масив 2 повторює масив 8 лист 2 для зручності роботи і масив 3 – обчислює коефіцієнти А_ik, які використовуються в масиві 6 лист 2

. (8)