Спокойные и бурные потоки. Критическая глубина

Линия 2 выражает изменение кинетической энергии и представляет собой гиперболу. Суммарная удельная энергия сечения (потенциальная плюс кинетическая) дает зависимость, изображенную кривой 3. Анализ кривой 3 показывает, что полная удельная энергия возрастает как с увеличением глубин (верхняя часть кривой), так и с уменьшением глубин (нижняя часть кривой). Верхняя часть кривой удельной энергии характеризует спокойные потоки, в которых с увеличением К в основном возрастает составляющая потенциальной энергии, т. е. в потоках преобладает потенциальная энергия. В нижней части кривой с уменьшением к увеличивается скорость V и соответственно увеличивается составляющая кинетической энергии, т. е. в этих потоках преобладает кинетическая энергия такие потоки называются бурными. Точка раздела между спокойными и бурными потоками называется критической точкой, а глубина, отвечающая этой точке, называется критической глубиной и обозначается Нуф. Критическая точка характеризует одновременно минимум удельной энергии в живом сечении потока (см. рис. VII.2). Поэтому в призматическом русле критическую глубину можно определить математически, приравняв нулю первую производную функции удельной энергии сечения по к [c.132]

Изложенное позволяет заключить, что различные формы свободной поверхности зависят, главным образом, от соотношения между переменной глубиной воды в русле, с одной стороны, и нормальной и критической глубинами, — с другой. Адекватно соотношению между нормальной Ао и критической Акр глубинами поток при равномерном движении может находиться в спокойном, в бурном или критическом состоянии. При нарушении рав- [c.98]

Критическая глубина позволяет делить потоки жад-кости на две группы. Потоки с глубинами больше критической называются спокойными, а с глубинами меньше критической — бурным и. Бурный поток обтекает донные препятствия с образованием неустойчивой волновой поверхности. [c.223]

Остальные понятия неравномерного движения — критический уклон, критическая глубина, спокойное и бурное состояние потока целесообразно сформулировать после рассмотрения вопроса об удельной энергии сечения. [c.85]

За сечение 1 — 1 принимается сечение в конце участка с плавно изменяющимся движением. При спокойном состоянии потока в верхнем бьефе таким сечением является сечение с критической глубиной h , т. е. h . При бурном состоянии потока и равномерном движении в верхнем бьефе следует принимать == /г,, если же в верхнем бьефе устанавливается неравномерное движение, то глубину можно определить одним из методов построения кривых свободной поверхности. [c.238]

В сжатом сечении глубина Нс меньше критической глубины, Як. с > 1 и поток находится в бурном состоянии. В отводящем русле (в бытовых условиях) при уклоне дна I < кр поток при равномерном движении находится в спокойном состоянии, т. е. Нб> Нкр. Следовательно, сопряжение потока, перелившегося через водослив, и потока в нижнем бьефе произойдет только в форме гидравлического прыжка. [c.169]

Глубина, соответствующая минимуму удельной энергии сечения, называется критической и обозначается Л. Потоки, у которых глубина больше критической, называются спокойными, а потоки с глубинами, меньше критической, называются бурными. [c.179]

Гидравлическим прыжком называется скачкообразный переход от бурного состояния потока к спокойному, т. е. переход от глубин меньше критических к глубинам больше критических (рис. 9.1). Глубины перед прыжком hi и за [c.119]

Спокойное, бурное и критическое состояние потока. Введенные понятия критической глубины и критического уклона могут служить критериями состояния потока. [c.243]

Исследования дифференциального уравнения н форм кривых свободной поверхности потока при неравномерном движении жидкости в открытых руслах (см. 90) показали, что переход потока из бурного состояния в спокойное (переход критической глубины.) осуществляется через гидравлический прыжок. Функция /г = /(/) при критической глубине претерпевает разрыв, и —- обращается в бесконечность. Следо- [c.314]

Из рассмотрения формул (Х.З), (Х.5) и (Х.ба) нетрудно установить, что параметр кинетичности /7 , число Фруда Рг и число Рейнольдса Re зависят от скорости движения, т. е. состояние потока и режим его движения определяются для данного канала величиной скорости потока. Следовательно, для данного открытого русла охарактеризовать соотношение сил инерции, вязкости и гравитации, т. е. условия, при которых осуществляется изменение состояния потока и режима движения жидкости, можно графиком, где по оси абсцисс отложены скорости движения жидкости, а по оси ординат — глубины потока в русле (рис. Х.2). На этом графике нанесены прямые, отвечающие определенным значениям чисел ]/ Рг и Ке. Жирная прямая при У Рг = 1, соответствующая критическому состоянию потока, разделяет график на две части, из которых левая охватывает область спокойных потоков, а правая — область бурных потоков. Средняя заштрихованная полоса 5, ограниченная значениями числа Рейнольдса 500 и 2000, является переходной областью. Ниже этой полосы потоки ламинарные, а выше турбулентные. Таким образом, график состоит из четырех зон нижняя левая 1 — область спокойных (докритических) потоков с ламинарным режимом движения, нижняя правая 2 область бурных (сверхкритических) потоков с ламинарным режимом движения, верхняя правая 3 — область бурных (сверхкритических) потоков с турбулентным режимом движения, верхняя левая 4 область спокойных (докритических) потоков с турбулентным режимом движения. [c.180]

Кривизна свободной поверхности при приближении к линии критической глубины КК возрастает и при этом осуществляется переход потока из одного состояния в другое через гидравлический прыжок, если поток переходит из бурного в спокойное состояние, или через водопад, если поток переходит из спокойного в бурное состояние. [c.276]

В этом сечении пересекаются линии нормальных и критической глубин точка их пересечения называется особой, а глубина потока переходной, так как осуществляется смена спокойного состояния потока на бурное или наоборот. [c.302]

Теория прыжка жидкости. Прыжок жидкости, или гидравлич. прыжок, — форма быстро изменяющегося неравномерного движения жидкости с внезапным изменением глубины потока. Это явление имеет место только в тех случаях, когда поток ив бурного состояния переходит в спокойное, т. е. когда глубина, меньшая критической, сопрягается с глубиной, большей критич. глубины. Т. о. в прыжке всегда имеются две связанные между собой тесной функциональной зависимостью глубины потока — перед прыжком, соответствующая потоку в бурном состоянии, и глубина за прыжком, соответствующая спокойному состоянию потока. Эти глубины называются сопряжением, или взаимными глу бинами прыжка (фиг. 8). [c.74]

Таким образом, различные формы свободной поверхности зависят в основном от соотношения между переменной глубиной воды в русле, с одной стороны, и нормальной и критической глубинами, с другой. В зависимости от соотношения между нормальной Но и критической йкр глубинами поток при равномерном движении может находиться в спокойном, бурном или в критическом состояниях. При нарушении равномерности движения свободная поверхность потока в продольном разрезе принимает форму кривой подпора или спада. [c.91]

Значение Пк характеризует состояние потока. Как видим, при критическом состоянии потока Пк=1. При уклоне Акр поток называют спокойным. Поток при уклоне > кр и глубине Ао<Лкр называют бурным. При глубине потока равной критической Ао=Акр (1 = 1кр) поток находится в критическом состоянии (критический поток). [c.95]

Следует отметить, что для бурного потока Пк>1, а для спокойного Пк<1, при критическом состоянии потока, т. е. при ко=к р параметр кинегичности Пк=1. В последнем случае знаменатель уравнения (8.12) превращается в 0, а dh ds=oo. Следовательно, при критической глубине касательная к кривой свободной поверхности потока вертикальна, и в потоке образуется гидравлический прыжок или водопад (резкое уменьшение глубины). [c.98]

Так как в одном и том же русле независимо от величины продольного уклона дна один и тот же расход можно пропустить при глубинах Н < Лкр я к> Акр, то, следовательно, поток в русле может иметь два состояния бурное при к < кщ, и спокойное при к > Лкр. При равномерном движении спокойное состояние потока будет при ко > Акр пли г о < кр, а бурное — при Ло < Лкр или 4 > кр- Здесь появляется промежуточное состояние потока — критическое при минимальном зна-чении удельной энергии сечения 5мин, когда ко = Лкр и о = / р. [c.267]

Как уже было сказано, поток в русле может иметь три характерных состояния спокойное, критическое и бурное. При равномерном движении спокойное состояние потока будет при Ло>Лкр, критическое — при Ло=/1кр и бурное —при НоСЬцр. Продольный уклон дна канала при Ьо = ккр назовем критическим уклоном (го г кр), тогда при Ло>Лкр уклон 1 о< кр. 3 при /1о<Лкр уклон о> кр. Следовательно, если провести параллельно дну канала прямые линии нормальной и критической глубины NN и КК (рис. Х.1), то их взаимное расположение будет зависеть от соотношения продольного уклона дна канала с критическим уклоном. [c.178]

На рис. XVII. показан продольный разрез потока в русле с горизонтальным дном. Допустим, что поток переходит из бурного состояния в спокойное не скачкообразно, а плавно и, следовательно, глубина потока плавно возрастает от сечения /—/, где она равна Ль к сечению 2—2 до величины /гг. Тогда при возрастании глубины от Н до Лкр удельная энергия сечения уменьшается от 51 до Эмин, а при дальнейшем возрастании глубины от Лнр до Лг удельная энергия сечения должна увели-читься от 5мин до Эг. Такое возрастание энергии физически нереально, так как извне в поток энергия не подводится. Поэтому допущение о плавном возрастании глубин от Н до Лг с переходом через критическую глубину невозможно. В силу этого остается сделать единственный вывод, что на протяжении гидравлического прыжка поток переходит из бурного состояния в спокойное скачком от глубины до глубины Лг. [c.320]

Построим в прямоугольной системе координат кривую прыжковой функций (рис. XVI 1.13), откладывая по ос и ординат глубины к, а по оси абсцисс прыжковые функции П(к). Любая вертикальная прямая, параллельная оси ординат, проведенная в пределах кривой прыжковой функции, пересекает ее в двух точках. Исключением является касательная к кривой в точке с ординатой Лкр. Это значит, что каждая глубина бурного потока Л] имеет только одну сопряженную с ней глубину спокойного потока Лг, которая обязательно больше критической глубины, и наоборот. При сопряженных глубинах прыжковые функции равны между собой [зависимость (XVII. 14)]. Из графика прыжковой функции следует также, что при критическом состоянии потока гидравлического прыжка быть не может. При уменьшении глубин бурного потока сопряженные с ними глубины спокойного потока возрастают. Следовательно, в рассматриваемом русле и при данном расходе гидравлический прыжок установится в таком месте, где глубины бурного и спокойного потоков являются сопряженными между собой. [c.328]

Обозначая удельную энергию сечения с—с через Эс и учитывая, что при критической глубине, которая будет в конце ступени, удельная энергия сечения имеет минимальное значение 5мин, получим, что при длине ступени кр весь свободный запас энергии, равный Эс—3 н, расходуется по длине ступени. Если увеличить длину ступени до о> кр, то свободного запаса энергии (Эс—Эмин) будет недостаточно для поддержания потока в бурном состоянии на всей длине ступени. В этом случае поток должен перейти в более экономную (в смысле расходования энергии) форму течения, т. е. должна произойти смена бурного состояния на спокойное. Такой переход, как известно, осуществляется через гидравлический прыжок. Следовательно, при длине ступени Ьо>1кр на некотором участке /г глубина будет возрастать и свободная поверхность будет кривой подпора типа Со, а затем после гидравлического прыжка длиной /п глубина потока будет уменьшаться до критической на длине 1о по кривой спада типа Ьо (рис. XXVII.35,в). При дальнейшем увеличении длины ступени гидравлический прыжок будет приближаться к сжатому сечению с—с, и при длине ступени, равной н, образуется надвинутый гидравлический прыжок непосредственно у сечения с—с. В этом случае глубина потока в конце прыжка является глубиной, непосредственно сопряженной с глубиной в сжатом сечении Лс. Если еще увеличить длину ступени, т. е. принять з>1н, то это приведет к затоплению струи (рис. XXVII.35,г). [c.572]

Гидравлическим прыжком называется скачкообразный переход от бурного состояния потока к спокойному, т. е. переход от глубин меньше критических к глубинам больше критических (рис. 9.1). Глубины перед прыжком кх и за прыж-ком Лг называются сопряженными, или взаимными глубинами. Разность между сопряженными глубинами /1а — = а называется высотой прыжка. Гидравлический прыжок в зависимости от формы поперечного сечения и призматично-сти или непризматичности русла, уклона дна, большой или малой высоты а имеет свои особенности. [c.134]

Гидравлическим прыжком называют скачкообразный переход от бурного состояния потока к спокойному с образованием над струей интенсивных водоворотных зон (рис. 10.1), т. е. переход от глубин меньше критических 11<ккр) к глубинам больше ч) критических к1<ккр). Глубины потока к1 до прыжка и Аг за гидравлическим прыжком называют сопряженными или взаимными глубинами. Раз-ность этих величин Аг—к ==Ак называют высотой гидравлического прыжка. Зону вихреоб-разований называют поверхностным вальцом гидравлического прыжка, форма которого зависит от условий образования. Горизонтальную проекцию вальца принимают за длину гидравлического прыжка. [c.115]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...