Міністерство освіти і науки України

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра гідротехнічного будівництва, опору матеріалів та будівельної механіки

Дисципліна - «Гідротехнічні споруд»

Звіт з

лабораторної роботи №1 на тему:

«Розрахунок відриву поодиноких частинок з поверхні грунту під впливом турбулентного потоку»

Виконав:

Студент 4-го курсу

ННІ водного господарства

та природооблаштування

Бущук Д. М.

Перевірив:

Меддур С.А.

Рівне - 2014

Вихідні дані:

Позначення	Один.вимір.	Позначення	Один.вимір.
V0 = 0,935	м/с	Рарх. = 0,176709	кг
σ = 0,35	м/с	т = 0,209433	кг
d =0,05	м	Fарх = 0,654158	н
ρ = 2700	кг/м^3	G = 2,054541	н
t = 1	с	mg1 = 1,733519	н
Δt = 0,01	с	Pуступ. = 0,016667	м
ν = 5	1/c	I = 0,000155	м^5
µ = 0		Ug = 0,333333	sin φ1
		φ1 = 0,339837	рад
		Cx = 0,55
		Cy = 0,1

Вступ

В експлуатації гідротехнічних та меліоративних споруд, де проходять гідродинамічні процеси, можуть виникати різних деформацій в масиві грунту такі наприклад, як розмив незв'язного грунту у зонах впливу гідротехнічних споруд. Прояв таких небезпечних гідродинамічних процесів значною мірою обумовлений діяльністю нерівномірних потоків складної структури.

Процес розмиву незв'язного грунту здійснюється шляхом відриву і виносу окремих його частинок, що лежать на поверхні, а також шляхом змиву шару частинок. Втрата стійкості одного шару пов'язана з порушенням балансу зсуваючих і утримуючих сил. Такі процеси зсуву і виносу грунту характерні для рівнинних річок і не характерні для гірських річок, де грунти різнорідні.

Тому метою даної роботи є оцінка стійкості донних частинок, що лежать на поверхні дна або укосу, який омивається водним потоком, шляхом аналізу умов відриву частинок різної крупності.

При цьому розраховуються значення нерозмиваючої критичної швидкості з певною надійністю

Тому необхідно розглядати умови порушення рівноваги окремої частинки на поверхні дна. Основними факторами, що визначають умови відриву такої частинки від дна, є діючі на неї зовнішні навантаження, а також сили інерції, пов'язані з прискоренням частинки в початковий період її руху. В якості зовнішніх навантажень розглядаються сили власної ваги, звужуюча архімедова сила, а також гідродинамічна сила взаємодії турбулентного потоку з нерухомою часткою.

Основними факторами, що визначають умови відриву такої частки від дна, є діючі на неї зовнішні навантаження, а також сили інерції, які пов'язані з прискоренням частинки в початковий період її руху рис. 1.1.

Рис. 1.1 - Схема сил, що діючих на одиночну кулясто подібну частинку, що лежить на дні, яка обтікається турбулентним потоком

В якості зовнішніх навантажень виступають: сили власної ваги, зважуюча архімедова сила, а також гідродинамічна сила взаємодії турбулентного потоку з нерухомою частинкою.

Результуюча нормальних сил Р може бути виражена інтегралом по поверхні частинки

(1)

де s - поверхня частинки. Горизонтальну і вертикальну складові сили Р позначимо Р_x і Р_y.

Значення сил, які діють на частинку, визначаються за формулами

(2)

(3)

де, С_х – коефіцієнт

V - миттєва швидкість руху центру мас, м/с;

d - діаметр частинок, м;

g – прискорення вільного падіння, кг/см

(4)

Т – результуюча сила дотичних напружень, кг/м;

µ - динамічна в’язкість рідини,

υ – кінематична в’язкість рідини;

n – коефіцієнт шорсткості;

(5)

І - момент інерції кулеподібної частинки відносно осі, що проходить через точку дотику О.

ρ – густина рідини;

φ – кут повороту.

(6)

Архімедова сила

(7)

Сила власної ваги

(8)

Можливі три варіанти відриву частинки від дна. Перший - вертикальний відрив має місце, коли сума вертикальних сил, що піднімають частинку стає більше суми сил ваги і вертикальної складової тертя.

, (9)

Другий варіант - обертання частинки навколо точки О і її відрив від точки дотику в момент, коли реакція опори стане рівною нулю.

Третій варіант - перекочування частинок через сусідню частку і подальший її рух у формі перекочування. При цьому частка повністю покидає своє гніздо, коли її кут повороту стане більше , тобто

(10)

(11)

(12)

R_x, R_y – реакція опори;

т – маса частинки, кг.

Розрахунок виконано з використанням ЕОМ.

t	V	Px	Py	T	(5)	Z	φ	Rx	Ry
	0,935	0,944097	0,171654	0,000367	-136,345		0,339837
0,01	1,592338676	2,738196	0,497854	0,000625	10,13011	0,101301	0,34085	2,72104	0,952535
0,02	1,757898937	3,337194	0,606762	0,00069	59,588	0,697181	0,347822	3,229148	1,087798
0,03	1,57874187	2,691633	0,489388	0,00062	9,997724	0,797158	0,355793	2,6709	0,961222
0,04	1,600741786	2,767172	0,503122	0,000629	19,99769	0,997135	0,365765	2,72549	0,996901
0,05	1,985005142	4,25517	0,773667	0,00078	151,6159	2,513294	0,390898	3,922905	1,373272
0,06	2,266479599	5,547499	1,008636	0,00089	283,3923	5,347217	0,44437	4,775354	1,795795
0,07	1,990183684	4,277401	0,777709	0,000782	206,5901	7,413117	0,518501	3,492216	1,704767
0,08	1,346438028	1,957791	0,355962	0,000529	10,32929	7,51641	0,593665	1,682874	1,254724
0,09	0,926594321	0,927199	0,168582	0,000364	-81,1324	6,705086	0,660716	1,002397	1,040859
0,1	0,935002571	0,944103	0,171655	0,000367	-63,0857	6,074229	0,721458	1,017581	1,108313
0,11	0,943397363	0,961132	0,174751	0,00037	-46,0536	5,613692	0,777595	1,013091	1,169561
0,12	0,52353285	0,295993	0,053817	0,000206	-121,516	4,398529	0,82158	0,693077	0,987418
0,13	-0,120209393	0,015605	0,002837	-4,7E-05	-152,062	2,877914	0,85036	0,585284	0,904892
0,14	-0,39647801	0,169759	0,030865	-0,00016	-125,498	1,622932	0,866589	0,661457	0,95461
0,15	-0,114984572	0,014278	0,002596	-4,5E-05	-144,574	0,177189	0,868361	0,591898	0,908852
0,16	0,269269337	0,078301	0,014237	0,000106	-135,106	-1,17387	0,856622	0,608212	0,92826

Рис.2. Залежність кута повороту від часу відриву кулеподібної частинки

Рис.3. Залежність реакцій опори для кожного моменту часу

Висновок: Отже, час відриву кулеподібної частинки є 1,03 с (рис.2, рис.3).

Дата добавления: 2015-09-29