Профиль осредненных скоростей в плоском турбулентном потоке

Предмет и задачи курса. Понятие руслового потока.

Под русловым потоком понимается всякого рода поверхностные водотоки, протекаемые по более или менее размываемому руслу(реки, ручьи, каналы, сели и др). Все эти потоки имеют следующие свойства: 1) жидкость перемешивается под действием силы тяжести и формы соприкасающихся с ней тел 2) механически воздействует на твердые тела(хим реакции не учитываются) 3) твердые тела находящиеся в жидкости перемешиваются под действием жидкости и силы тяжести. Для всех этих потоков имеется еще одно общее свойство – взаимодействие между потоком воды и сформировавшим его руслом. В результате изменения скоростного поля происходит деформация русле, то есть любое сжатие потока приводит к уменьшению скоростей выше места этого сжатия и уменьшению скорости в створе и ниже. Это приводит к размыву.

Динамика потоков изучает элементарные законы движения воды и отдельных частиц наносов. Деформация русла и дна складывается из процессов захвата, переноса и отложения частиц. В том случае если эти процессы равномерны по длине то деформация русла не происходит при условии не прерывного поступления наносов сверху. Все деформации сводятся к тому что в одних местах потока частички наносов захватываются, а в других преимущественно отлагаются: там где захват – размыв. Там где отложения – намыв.

Профиль осредненных скоростей в плоском турбулентном потоке.

Поток называется плоским так как не меняется эпюра скоростей.

Плоский поток – поток очень большой ширины с прямоугольным поперечным сечением, у которого шероховатость, уклон и др характеристики не изменяются по ширине. Кроме того влиянием берегов можно пренебречь.

U=f(H,i,y,h). До настоящего времени полного решения задачи для турбулентного потока нет. Для ламинарного потока эта задача решается однозначно. В турбулентном потоке количество переменных и уравнений не совпадают. Эпюра распределения скоростей необходима для расчета движения наносов и деформации русла. Для того чтобы найти зависимость используют эмпирический или полуэмпирический подход. При эмпирическом подходе заранее задается вид кривой. Такой кривой может быть парабола. Логарифмические формулы наиболее распространенные и имеют обоснованный вид. Впервые логарифмические формулы предложены в 1911 году Яснундом имели чисто логарифмический вид. U=lg(c+y)+b где b и «c» некоторые параметры которые подбираются в зависимости от шероховатости у-расстояние от дна U-скорость. В дальнейшем работал Никурадзе: ; где √gHi – динамическая скорость в любом потоке, - высота выступов шероховатости(расстояние по вертикали между двумя ближайшими вершиной и подошвой) Н – глубина. Постоянная Кармена (ϰ) для открытых потоков = 0,42

Для того, чтобы на практике применять данную формулу Великанов нашел среднее значение скорости используя эпюру распределения скоростей: ; -относительная глубина = ; ;η=y/H – относительная глубина; α= - относительная шероховатость; С=R^^1/6/n – коэф Шези; на практике проще всего измерить поверхностную скорость U₀ и с помощью нее и относительной шероховатости «а» находим среднюю скорость. При помощи формулы для U по одной из известных скоростей можно восстановить всю эпюру.