Бреши в плотинах. Расход воды через бреши

Под брешью понимают сквозной пролом в плотине при ее частичном разрушении.

Бреши в плотинах могут быть весьма разнообразными по форме и размерам и изменяться во времени. С гидравлической точки зрения брешь представляет собой водослив сложной пространственной формы. Поэтому расход воды через брешь может быть определен лишь приближенно.

В основу формулы для расхода воды через брешь положена приведенная выше формула (1 – 1) для расхода через прямоугольный водослив. В этой формуле все коэффициенты m_пл, s_с, s_з, множитель  заменяются одним коэффициентом m. Кроме того, коэффициентом m учитывается форма бреши. Т.о. расход через брешь

Здесь: b – ширина отверстия водослива по урезу воды (см. рис. 1 - 3), H – напор.

Коэффициент m принимается равным:

- для брешей прямоугольной формы - 0,9…1,3;

- для брешей параболической формы - 0,5…0,8;

- для брешей треугольной формы    - 0,35…0,55.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА.

 

6.1. ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА

 

Равновесие тела

 

Если тело полностью или частично погрузить в жидкость, то все части его смоченной поверхности будут испытывать гидростатическое давление, нормальное к поверхности тела. Результирующая сила гидростатических давлений, действующих на смоченную поверхность судна, называется силой водоизмещения Р. Сила водоизмещения направлена всегда снизу вверх и равна, согласно закону Архимеда, весу жидкости в объеме погруженной части тела

P= γW,

где W - объемное водоизмещение (объем погруженной части судна),

W - весовое водоизмещение.

Движение тела

Предположим, что под действием какой-либо внешней силы плавающие тело начало перемещаться в жидкости с определенной скоростью. Очевидно, что окружающая тело жидкость начнет оказывать сопротивление этому перемещению и кроме гидростатических сил на плавающих тело начнут действовать со стороны жидкости силы, препятствующие его движению. В отличие от сил гидростатического давления, гидродинамические силы, действующие на каждую элементарную площадку смоченной поверхности тела, могут быть приложены к этим площадям под углом.

Для удобства определения, их разлагают на нормальную и касательную составляющие. Нормальная составляющая гидродинамических сил называется силой давления (N), а касательная составляющая – силой трения (Т).

Элементарные гидродинамические силы, распределенные сложным образом по смоченной поверхности судна, в общем случая могут быть приведены к результирующей силе – главному вектору и главному моменту гидродинамических сил.

Для движения судна с постоянной скоростью, при сохранении неизменного положения по отношению к уровню воды, необходимо, чтобы главный вектор и главный момент гидродинамических сил уравновешивались другими силами, приложенными к судну (собственный вес, сила тяги, сила водоизмещения и др.), т. е, чтобы сумма всех действующих на судно сил равнялась нулю.

При неустановившемся движением судна, т. е. в период его разгона или торможения, к действующим силам добавляются приходящий в движение вследствие изменения скорости движения судна.

Рассмотрим судно, движущиеся равномерно-поступательно в потоке (рис. 9.1).

 

рис. 9.1

Влияние главного момента гидродинамических сил в дальнейшем рассматривать не будем.

Проекция главного вектора гидродинамических сил R на оси х, т. е. составляющая R_х, называется силой сопротивления воды движения судна; составляющая R_y – силой дрейфа; R_z – гидродинамической поддерживающей силой.

Соотношение между этими составляющими и их величины зависят от направления и скорости движения судна, размеров и формы корпуса, шероховатости подводной поверхности корпуса, а также от глубины и ширины водоема (реки) по которому происходит движение.

В большинстве случаев дрейфа R_y не имеет существенного значения. Остановимся на силе R_х и пока не будем учитывать влияния силы Rz на Rх.

 

6.1.3. Влияние гидродинамической поддерживающей силы R_z

При движении судна возникает гидродинамическая поддерживающая сила R_z – вертикальная составляющая гидродинамических сил (рис. 9.2). В результате формула плавучести принимает вид:

,

где γW - сила водоизмещения

R_z – вертикальная составляющая гидродинамических сил.

С увеличением скорости увеличится R_z, судно начинает всплывать, объем подводной части уменьшится, соответственно уменьшится сопротивление трения R_тр и волновое сопротивление R_волн. Всплытие будет происходить до тех пор, пока судно полностью не всплывет из воды и будет скользить по поверхности. Его вес будет уравновешен гидравлической поддерживающей силой.

В связи с этим, различают три режима движения судна:

1. Плавание ; R_z=0.

2. Переходный режим ; W₁< W.

3. Глиссирование P= R_z.

 

5.2. СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ ПЛАВАЮЩИХ СРЕДСТВ