Неустановившееся движение водных потоков

 

По известному значению , определяем высоту волны и скорость распространения волны по формуле (19):

 

 

Для определения  : расчет сводится в таблицу 2.4.

 

 

По результатам расчетов находим  .

Определяем окончательно наибольшая отметка в открытой деривации:

 

 

2.3. Определение наименьших  отметок уровней воды при внезапном  увеличении нагрузки ГЭС

 

Граничное условие в  створе возмущения 0-0 может быть схематизировано  следующим образом: начальное (стационарное) состояние потока определяется расходом , а свободная поверхность представлена кривой подпора типа Iа (рис.2.5).

При внезапное увеличение нагрузки (расхода) в канале (в створе 0-0) возникает обратная отрицательная  волна перемещения – волна  излива, которая распространяясь против течения «приносит» уменьшение глубины потока.

При внезапном увеличении нагрузки ГЭС расход увеличивается ) от до .

, .

Уровень воды в напорном бассейне (створ 0-0) будет уменьшаться до тех пор, пока, возникшая в створе L-L отраженная волна, зарождающаяся в момент прихода в этот створ обратной отрицательной волны, не достигнет створа 0-0. Этому моменту и будет соответствовать наименьшая отметка уровня свободной поверхности в напорном бассейне.

Порядок расчета

1. Определяем высоту волны и скорость ее распространения для створа 0-0 в начальный момент времени:

                                          (30)

                                    (31)

где - ширина деривационного канала в створе 0-0 поверху при уменьшении

       глубины  потока;

- глубина воды в створе 0-0 в начальный момент времени (определяется с кривой подпора Iа), ^_=3,01м.

                                            (32)

 

Знак минус в формуле (31), так как волна распространяется против течения. Два уравнения (30) и (31) решаются графоаналитическим способом.

Все результаты расчетов заносятся в табл.2.5.

 

 

Таблица 2.5.

ξ0, м	В'0, м	С0, м/с	∆Q, м3/с	ω, м2	V,м/с
0,1	48,88	3,127368	15,28658	138,52	0,49
0,2	48,73	3,139177	30,59442	138,52	0,49
0,9	47,68	3,222819	138,2976	138,52	0,49
1	47,53	3,234912	153,7554	138,52	0,49

 

Причем площадь поперечного  сечения  остается постоянной и равной:

Построив график вида ΔQ=f( ) (рис.2.4) определяем искомое значение высоты волны в створе 0-0 . Далее определяем ширину деривационного канала в створе 0-0 поверху при уменьшении глубины потока и значение скорости распространения волны по формуле (31):

2. Определяется высота  волны ξ_l в створе L-L, для чего используется метод последовательных приближений. Задаваясь различными значениями ξ_l, определяется скорость распространения обратной, отрицательной волны в створе L-L по формуле:

                                   (33)

где – площадь поперечного сечения канала в начальный момент времени:

- ширина канала по свободной поверхности в момент достижения створа L-L обратной, отрицательной волной:

                                           (34)

 

 

Вычисляется средняя  глубина потока для всего канала:

 

                                             (35)

где - первоначальная (до появления волны) средняя глубина потока;

- средняя скорость распространения  волны;

- ширина канала по свободной  поверхности в створе L-L;

                                                 (36)

                                                 (37)

                                                  (38)

Вычисляется среднее  для всего канала значение расходной характеристики:

                                               (39)

где – средние значения площади поперечного сечения, коэффициента Шези и гидравлического радиуса, вычисленные по глубинам .

Определяется величина η₀ (понижение уровня в сечении О-О в момент, когда обратная отрицательная волна достигнет створа L-L) по формуле:

 

                                       (40)

 

где - средняя скорость распространения волны.

Далее вычисляется волновой расход:

                                   (41)

 

где – средний уклон свободной поверхности в канале в момент времени, когда волна достигнет створа L-L. Он определяется по формуле:

                                            (42)

 

где – начальная разность отметок уровня свободной поверхности в водохранилище и в конце канала. .

 

Определяется высота волны в створе L-L по формуле:

                                                    (43)

Все результаты расчетов заносятся в табл.2.6.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.6.

1	2	3	4	5	6	7	8	9
0,001	45,7285	3,358107	2,803553	1,61749	1,044021	144,8269	0,000421	0,943091
0,1	45,58	3,187588	2,718294	1,601101	0,977798	127,2624	0,000379	0,873045
0,2	45,43	3,007715	2,628357	1,582661	0,914678	108,956	0,000339	0,792161
0,3	45,28	2,81904	2,53402	1,561912	0,856175	90,07808	0,000299	0,698742
0,4	45,13	2,620123	2,434561	1,538296	0,803408	70,65809	0,000261	0,589711
0,5	44,98	2,409077	2,329038	1,511034	0,757932	50,79268	0,000224	0,461051
0,6	44,83	2,183356	2,216178	1,479003	0,721993	30,71494	0,00019	0,307627
0,7	44,68	1,939376	2,094188	1,440499	0,699001	10,9394	0,00016	0,123347
0,33	45,235	2,760516	2,504758	1,555159	0,213545	84,30633	0,000287	0,667834

 

Строится график (рис.2.6) и определяется искомое значение .

Определяется отметка  свободной поверхности в створе L-L до прихода сюда волны, которая принимается равной:

 

Определяется отметка  уровня воды в створе О-О в момент прихода отрицательной волны к створу  L-L:

                                                    (44)

где  – начальная отметка в створе напорного бассейна:

        – понижение отметки за время пробега воды по каналу.

Определяется минимальная  отметка воды в напорном бассейне. При этом предполагается, что скорости распространения прямой и обратной отрицательных волн одинаковы:

 

                                 (45)

 

 

Список используемой литературы

 

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика / Р.Р.Чугаев. – М.:Энергия,1997. – 600с.

2. Справочник по гидравлическим  расчетам / под ред. П.Г.Киселева. – М.:Энергия,1975. – 352с.

3. Гидравлические расчеты  водосбросных гидротехнических  сооружений: справ. пособие. –  М.: Энергоатомиздат,1988. – 624с.

4. Чертоусов М.Д. Гидравлика (специальный курс) / М.Д.Чертоусов. – Л.:Госэнергоиздат,1957.-640 с.

5. Неустановившееся движение  водных потоков : метод. указания /

Е.Н. Гусельникова, О.И. Губанова, Г.В. Захарова, И.В. Макаренко;

Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин). -  Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин), 2011. –   40 с.