Оценка кинематической структуры потока за колодцем заглубленного типа в нижнем бьефе водопропускных сооружений АПК

Цель исследования – изучение условий работы нижнего бьефа низконапорных сопрягающих и водопроводящих сооружений мелиоративного комплекса АПК применительно к конструктивной схеме водобойных участков, работающих в условиях сопряжения бьефов по типу затопленной струи при наличии глубокого относительно короткого водобойного колодца. Дается краткое описание лабораторной установки, используемой измерительной аппаратуры, позволяющей фиксировать турбулентные характеристики потока, методологии выполнения модельных исследований. Приводятся результаты по отысканию и исследованию рациональных конструкций и устройств нижнего бьефа (водобой, гасители энергии, рисберма) с учетом пульсационных воздействий потока на элементы крепления. Установлены режимы течения потока за водопропускным сооружением и водосбросной плотиной с глубоким колодцем, приведены расчетные зависимости для определения его оптимальных параметров и оценки осредненной и пульсационной составляющих давления на основные элементы устройств нижнего бьефа. На модели, работающей при числах Рейнольса более 10 000 и числах Фруда в сжатом сечении от 20 до 120, подобрана конструкция, обеспечивающая наибольший эффект гашения энергии при угле входа бурной струи в колодец, изменяющийся в пределах 50°…70°, в состав которой, помимо глубокого короткого колодца, входят шашки. Это позволило проанализировать кинематическую структуру потока, выявить интенсивное затухание пульсационной составляющей скоростей и давлений потока по длине отводящего канала примерно на 20% по сравнению с прыжковым колодцем простых очертаний и уменьшение плановой неравномерности эпюр. Все это подтвердило эффективность работы конструкции на косогорных участках мелиоративной сети для сооружений с удельным расходом в пределах 0,15…5,5 м2/с. В результате проведенных исследований усовершенствована конструкция устройства и крепления нижнего бьефа, обеспечивающая необходимую надежность его работы.

1. Черных О.Н., Ханов Н.В. Водные объекты в АПК и их эксплуатация // Картофель и овощи. - 2019. - № 11. - С. 6-10.

2. Гурьев А.П., Ханов Н.В., Волгин Н.А. Влияние конструктивных параметров водобойного колодца на гашение энергии потока // Природообустройство. - 2015. - № 4. - С. 48-51.

3. Волков В.И., Черных О.Н., Румянцев И.С. и др. Открытые береговые водосбросы. - М.: Из-во ФГБОУ ВПО МГУП, 2012. - 243 с.

4. Вагабов Р.М. Влияние изменения геометрических параметров водобойного колодца на кинематическую структуру потока // Труды АЗНИИ водных проблем. Вып. 1Х. -Баку, 1980. - С. 152-158.

5. Черных О.Н. Исследование сопряжения бьефов по типу затопленной струи за водосбросной плотиной при наличии глубокого короткого водобойного колодца: Методические указания по выполнению лабораторной работы. - М.: МГМИ, 1991. - 29 с.

6. Черных О.Н., Литвинов А.В. Исследование гидродинамических нагрузок на элементы нижнего бьефа при наличии глубокого водобойного колодца // Исследования гидротехнических сооружений: Сборник научных трудов. - М.: МГМИ, 1982. - С. 42-47.

7. Chernykh O.N., Litvinov A.V. Distin-gnishing features of hydraulic conditions in a deep stilling // Abstracts ХХ Congress IAHR. - V. VII. -M., 1983. - Р. 97-101.

8. Волков В.И.,Черных О.Н.,Алтунин В.И. Лабораторные исследования открытых водосбросов. - М.: Изд-во МГУП, 2013. - 150 с.

9. Rotmund Hermann. Energienn-Wadlung durch Strahlumlenkung in einer Toskammer-Ber. Versuchast // Wasserbau Techn. Hochschule, Munchen. - 1966. - № 6. - 61 s.

10. Черных О.Н., Ханов Н.В. Методика совершенствования учебного процесса в лабораторном комплексе кафедры гидротехнических сооружений // Вестник учебно-методического объединения по образованию в области при-родообустройства и водопользования. - 2017. -№ 10. - С. 44-52.

11. Розанов Н.П., Черных О.Н., Литвинов А.В. Оценка работы глубокого водобойного колодца // Труды МАДИ. Расчеты элементов гидравлических систем машин и механизмов. - М.: МАДИ, 1992. - С. 45-51.

12. Черных О.Н., Бурлаченко А.В. Экспериментальные и имитационные методы исследования режимов сопряжения потока в нижнем бьефе природоохранных водосбросных и сопрягающих сооружений АПК // Вестник учебно-методического объединения по образованию в области природообустройства и водопользования. - 2021. - № 21. - С. 72-80.

13. Волков В.И., Черных О.Н. Проектирование и расчет открыггых водосбросов при грунтовой плотине. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2019. - 130 с.

14. Черных О.Н. Исследование устойчивости элементов крепления нижнего бьефа трубчатых водопропускных сооружений: Автореф. дис.. канд. техн. наук. - М.: МГМИ, 1980. - 24 с.

15. Chernykh O.N., Komelkov L.V. Hydro-dinamik loads and stability of river beg protection dowustream of hydraulic structures // Abstracts ХХ Congress IAHR. - V. VII. - M., 1983.

16. Altunin V.I. Hydraulik Resistance of Corrugated Metal Culvert Pipes with Elevated Abrasive Resistance / V.I. Altunin, ОЖ Chernyh, A.V. Burlachenko // Power Technology and engineering. -November 2016. - Vol. 50. - Iss. 4. - Р. 385-390.

17. Черных О.Н. Оценка условий сопряжения бьефов и мероприятий по обеспечению надежности работы водосбросов высоконапорного гидроузла // Природообустройство. - 2020. -№ 2. - С. 56-65.