Гидравлический прыжок.
Гидротехнические мелиорации
Где Frx — число Фруда в сечении перед прыжком, определяемое по формуле (10.2) (здесь = Q/(bh), где b — ширина прямоугольного русла). Называется прыжковой. Из уравнения (10.3) следует, что для сопряженных глубин hi и h2 значения прыжковой функции одинаковы: График прыжковой функции дает возможность легко находить сопряженные глубины. Функция глубины потока (при Q = const), выражаемая равенством… Читать ещё >
Гидравлический прыжок. Гидротехнические мелиорации (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Гидравлический прыжок — скачкообразное возрастание глубины потока воды при переходе из бурного состояния, когда рассматриваемая глубина hx меньше критической глубины Лкр, в спокойное, когда другая рассматриваемая глубина И2 больше критической Икр. Этот процесс сопровождается интенсивными макротурбулентными пульсациями давлений и скоростей. Глубины hx и h2, расположенные соответственно до и после прыжка, называ;
Рис. 10.6. Гидравлический прыжок:
а — схематическое изображение прыжка; б — графики прыжковой функции П (Л) и удельной энергии сечения потока Э (Л): Л, — глубина потока перед прыжком; Л2 — глубина потока после прыжка; И^ — критическая глубина; 1″ — длина прыжка; К—К — горизонтальное сечение, проходящее через центр прыжка ются сопряженными, а разность (h2 — hx) характеризует высоту прыжка (рис. 10.6, а).
При больших расходах и скоростях воды гидравлический прыжок представляет собой грозное и захватывающее зрелище, которое можно наблюдать, например, при открывании затворов водосливной плотины. Это гидравлическое явление можно использовать и в ландшафтной архитектуре, если естественным или искусственным путем создать условия возникновения гидравлического прыжка. Гидравлический прыжок в гидравлике аналогичен эффекту преодоления звукового барьера самолетом в аэродинамике. Разница заключается в том, что гидравлический прыжок возникает при переходе потока от сверхкритических скоростей в докритические, а звуковой барьер, наоборот, — при переходе дозвуковых скоростей в сверхзвуковые.
Существует несколько разновидностей гидравлического прыжка. Далее рассмотрен только совершенный прыжок, возникающий в призматическом русле с прямолинейным горизонтальным дном при числе Фруда Frj > 3. В этом выражении число Фруда в сечении потока перед прыжком 
где, а — коэффициент количества движения (коэффициент Буссинеска); v — скорость потока перед прыжком, м/с; g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2; — глубина потока перед прыжком, м.
Основное уравнение гидравлического прыжка имеет вид.
где aj, СХ2 — коэффициенты количества движения (коэффициент Буссинеска) соответственно до и после прыжка; hC, hC2 — глубины погружения центров тяжести живых сечений М| и а>2.
Функция глубины потока (при Q = const), выражаемая равенством.
называется прыжковой. Из уравнения (10.3) следует, что для сопряженных глубин hi и h2 значения прыжковой функции одинаковы:
На графике прыжковой функции (рис. 10.6, б) минимум соответствует критической глубине Лкр(при а ~ а[). На этом же рисунке изображен график удельной энергии сечения потока Э = Э (А) и показано, как графическим способом определить потери удельной энергии Эп в прыжке.
График прыжковой функции дает возможность легко находить сопряженные глубины.
Правильное определение параметров гидравлического прыжка необходимо для расчета водобойных частей сооружений. В призматическом русле прямоугольного сечения сопряженные глубины определяют по следующим формулам:
Для определения длины совершенного прыжка в прямоугольном призматическом русле предложен ряд формул. Приведем формулу О. М. Айвазяна:
где Frx — число Фруда в сечении перед прыжком, определяемое по формуле (10.2) (здесь = Q/(bh), где b — ширина прямоугольного русла).