Email this article STUDY OF WATER FLOW RATE IN THE GATES OF HYDROPOWER AND IRRIGATION FACILITIES
- Authors: MUKHAMMADIEV M.M.1, KLYCHEV S.I.1, DZURAEV K.S.1, MADALIEV F.E.1, BEKMURODOV S.1, Abduaziz U.A.1
-
Affiliations:
- Tashkent State Technical University
- Issue: Vol 6, No 2 (2016)
- Pages: 135-139
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/54359
- DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2016.02.24
- ID: 54359
Cite item
Full Text
Abstract
The results of the calculated and experimental studies of water velocity distribution in the central vertical crosssection of flow in the plane of the shutter are introduced. Shutter model allowing to investigate the water rate for conventional planar gate and the gate to the guide flap is presented. It is shown that the relative coordinate section characterizing the average water flow rate is not independent on the height of the water level and the shutter opens, but only on their ratio. Experimental graphical dependence of the average velocity of the water in the central vertical section shutter and coordinates of its position are introduced. Experiments showed that the water flow in the gates has a vertical speed component.. The obtained results enable us to develop methods for measuring the water flow in the gate.
Keywords
Full Text
Гидроэнергетические и ирригационные объекты выполняют значимую роль в обеспечении потребителей электроэнергией и водными ресурсами [1-5]. При их проектировании необходимо обоснованно выбрать основные параметры элементов водопроводящего тракта [6-9], а при последующей эксплуатации - наиболее рациональные и экономичные режимы работы [10-13]. Важной задачей в гидроэнергетике и ирригации является контроль и регулирование расхода воды [14, 15]. Для регулирования расхода воды используются затворы, а для определения его величины обычно проводят измерения характерных параметров в сечениях канала. Известны различные способы измерения расхода воды в открытых каналах - гидропост и водослив (измерение уровня воды), вертушка воды (измерение максимальной скорости) [16-21]. Но так как регулирование расхода происходит на затворах ирригационных сооружений, то расход также целесообразно измерять на DOI: 10.17673/Vestnik.2016.02.24 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 2 (23) 136 ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ затворе. Истечение воды в затворе существенно отличается от течения воды в канале, т.к. более неравномерным является распределение скоростей воды в вертикальном сечении потока воды в затворе. Расчетная и экспериментальная оценки распределения скорости в центральном вертикальном сечении потока воды на модели затвора и определение на их основе средней скорости воды в этом сечении являются целью настоящей работы. Общий вид модели затвора с измерителем скорости типа «трубки Пито» приведен на рис. 1. Исследования скорости воды на модели проводились для двух случаев: 1 - обычный плоский затвор; 2 - затвор с направляющей закрылкой для формирования течения воды. Трубка Пито крепилась на затворе и имела возможность перемещения измерительной головки по вертикали. На первом этапе проведена расчетная оценка скоростей воды в вертикальном сечении потока воды в плоскости затвора (рис. 2). Как видно из рис. 2, в задаче приняты следующие параметры затвора и потока воды: VD - скорость воды перед затвором, или динамический напор hД; hY, SB - уровень воды и площадь сечения воды перед затвором соответственно; hZ, SZ - высота открытия затвора и площадь сечения затвора соответственно; Vm - средняя скорость воды в вертикальном сечении. Рис. 1. Общий вид модели для исследований скоростей воды в сечении затвора: 1 - направляющие; 2 - плоский затвор с закрылкой; 3 - плоский затвор; 4 - трубка Пито с подвижной головкой Рис. 2. Расчетная схема течения воды в вертикальном сечении затвора 137 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 2 (23) М.М. Мухаммадиев, Ш.И. Клычев, К.С. Джураев, Ф.Э. Мадалиев, С. Бекмуродов, уулу А. Абдуазиз Известно, что скорость воды в некоторой точке Х сечения в выходной плоскости затвора определяется полным напором h, равным , (1) где hY - статический напор; hZ - открытие затвора; hH - статический напор за затвором; hД - динамический напор воды; x - координата сечения; хm - координата сечения, в которой скорость воды равна средней скорости течения воды в вертикальном сечении. Анализ (1) показывает, что при заданном уровне воды в верхнем бьефе hY слагаемые hH и hД можно считать постоянными, т.е. они не влияют на распределение скоростей в сечении (имеем некоторую, приближенно постоянную добавку). Следовательно, часть напора h’ , определяющая распределение скоростей в сечении, можно записать в виде . (2) Связь между скоростью V в точке Х и напором h’, имеет вид g h V 2 2 = . (3) В общем случае средняя скорость воды в сечении составляет , (4) где N - число разбиений сечения по вертикали на элементарные участки Δx (Δx = hZ/N), где скорости VX определяются в центрах элементарных участков. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,40 0,45 0,50 0,55 1 2 3 4 5 hy/hz Xm/hz Vm,m/s Vm Xm/hz hz=10cm Рис. 3. Зависимость средней скорости воды в центральном вертикальном сечении затвора Vm и координата её положения Хm/hZ от hУ/hZ при hZ = 10 см На рис. 3 для случая свободного истечения воды через затвор (hH = hZ) приведены средние скорости воды Vm в вертикальном сечении и соответствующие им координаты Хm для заданного открытия затвора hZ и при различных уровнях воды hY. Для обобщения результатов расчета уровень воды перед затвором и координата Хm, соответствующая средней скорости, представлены в относительном виде в долях от hZ. Как видно из рис. 3, относительная координата Хm/hZ изменяется в достаточно небольших пределах от 0,45 до 0,5, причем уже при hУ /hZ > 3 она практически постоянна. Расчеты для других значений открытия затвора hZ показали, что если Vm существенно зависит от значений hY и hZ, то относительная координата Хm/hZ, характеризующая точку, в которой имеем среднюю скорость потока в вертикальном сечении, не зависит от hУ и hZ, а только от их отношения hУ /hZ (рис. 4). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,40 0,45 0,50 4 8 12 hy/hz Xm/hz Vm,m/s Vm Xm/hz hz=100cm hz=10cm Рис. 4. Средняя скорость воды в сечении Vm и координата её положения Хm/hZ в зависимости от отношения hУ /hZ, при различных hZ Таким образом, для незатопленного истечения воды через затвор и при малой динамической составляющей скорости воды перед затвором для определения средней скорости потока воды в сечении затвора достаточно измерять только два параметра - hУ и hZ. Зная отношение hУ/hZ из графиков, определяем Хm/hZ и, таким образом, Хm. Подставляя Хm в (2), находим h и из (3) определяем среднюю скорость воды в сечении Vm. Исходя из вышеизложенного сделан вывод о возможности использования такого подхода (при соответствующей калибровке конкретного затвора с заданным отношением ширины затвора к его открытию) для определения средней скорости потока воды через затвор и, следовательно, определения расхода воды.
About the authors
Muradulla M. MUKHAMMADIEV
Tashkent State Technical University
Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru
Shavkat I. KLYCHEV
Tashkent State Technical University
Email: vestniksgasu@yandex.ru
Kurbon S. DZURAEV
Tashkent State Technical University
Email: vestniksgasu@yandex.ru
Farkhodzhon E. MADALIEV
Tashkent State Technical University
Email: vestniksgasu@yandex.ru
Sulton BEKMURODOV
Tashkent State Technical University
Email: vestniksgasu@yandex.ru
Uulu A. Abduaziz
Tashkent State Technical University
Email: vestniksgasu@yandex.ru
References
- Лятхер В.М., Прудовский А.М. Гидравлическое моделирование. М.: Энергоатомиздат, 1984.
- Иванов В.М., Иванова Т.Ю., Стоян И.А., Пчелинцев С.Г. Осевая гидротурбина новой конструкции и стенд для моделирования проточных частей гидротурбин // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2011. № 4. С. 102-106.
Supplementary files
