Аннотация

Цель: разработка и экспериментальная проверка метода определения глубины потока в выходном сечении водослива с широким порогом, основанного на применении вариационного принципа наименьшего действия. 

Материалы и методы. Для разработки метода расчета использованы ранее полученные зависимости для определения глубины потока в выходном сечении горизонтального канала с потоком, движущимся в докритическом режиме, и метод определения глубины потока на пороге водослива с широким порогом. Проверка теории производилась с использованием лабораторного эксперимента и компьютерного моделирования в программном комплексе ANSYS 17.0. 

Результаты. Сопоставление результатов экспериментов и компьютерного моделирования показало соответствие результатов вычислений по методу, основанному на принципе наименьшего действия. Проверка выполнена посредством критерия Фишера, значение критерия по данным эксперимента – 14,35, табличное значение критерия – 19,45, что говорит об адекватности предлагаемого метода экспериментальным данным. 

Выводы. На основании прямого вариационного принципа наименьшего действия с учетом влияния центробежных сил в потоке получен метод расчета, позволяющий определять глубину в выходном сечении водослива с широким порогом. Полученная глубина также соответствует переходному режиму, при котором происходит смена подтопленного режима на неподтопленный и при котором изменяется вид сопряжения бьефов с поверхностного на придонный. Сравнение показало расхождение 0,4 % с данными сторонних авторов. Опыты с образованием прилипшей струи в выходном сечении водослива показали, что глубина в таком случае не соответствует предложенному методу расчета, данный принцип также не реализуется при подтоплении водослива.

doi: 10.31774/2712-9357-2022-12-4-403-417

Для цитирования

Шаланин В. А. Принцип наименьшего действия в расчете глубины выходного сечения водослива с широким порогом // Мелиорация и гидротехника. 2022. Т. 12, № 4. С. 403–417. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2022-12-4-403-417.

Список литературы

1. Давыдов В. Д. Повышение точности определения расходов на гидросооружениях, работающих по схеме водослива с широким порогом // ИНВУЗ. Лесной журнал. 2016. № 2. С. 141–150. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.2.141.

2. Шаланин В. А. Применение принципа наименьшего действия в расчетах падения потока с уступа // Известия вузов. Строительство. 2020. № 4. С. 111–120. DOI: 10.32683/0536-1052-2020-736-4-111-120.

3. Шаланин В. А. Принцип наименьшего действия в расчете водослива с широким порогом // Мелиорация и гидротехника [Электронный ресурс]. 2022. Т. 12, № 2. С. 192–208. URL: http:www.rosniipm-sm.ru/article?n=1286 (дата обращения: 01.08.2022). https:doi.org/10.31774/2712-9357-2022-12-2-192-208.

4. Некоторые неувязки современной теории расчета водослива с широким порогом / А. П. Гурьев, Э. С. Беглярова, А. М. Бакштанин, Б. А. Хаек // Природообустройство. 2019. № 5. С. 90–98. DOI: 10.34677/1997-6011/2019-5-90-98.

5. Davis A. C., Jacob R. P., Ellett B. G. S. Estimating trajectory of free overfall nappe // Journal of Hydraulic Engineering. 1999. № 125. P. 79–82. https:doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1999)125:1(79).

6. Исахов А. А., Кумаров Е. Е. Численное исследование течения жидкости в прорыве плотины методом VOF для сложного рельефа местности // Universum: технические науки. 2021. № 5-1(86). С. 50–54.

7. Almeland S. K., Mukha T., Bensow R. E. An improved air entrainment model for stepped spillways // Applied Mathematical Modelling. 2021. Vol. 100. P. 170–191. https:doi.org/10.1016/j.apm.2021.07.016.

8. Karim R. A., Mohammed J. R. A comparison study between CFD analysis and PIV technique for velocity distribution over the Standard Ogee crested spillways // Heliyon. 2020. Vol. 6, iss. 10. e05165. https:doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05165.

9. Gualtieri C., Chanson H. Physical and numerical modelling of air-water flows: An Introductory Overview // Environmental Modelling & Software. 2021. Vol. 143. 105109. https:doi.org/10.1016/j.envsoft.2021.105109.

10. Букреев В. И., Гусев А. В. Каверны за водосливом с широким порогом // Прикладная механика и техническая физика. 2002. Т. 43, № 2. С. 129–135.

11. Букреев В. И. Ондулярный прыжок при обтекании открытым потоком порога в канале // Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т. 42, № 4. С. 40–47.