ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ПОТОКА ВОДЫ В ЗАТВОРАХ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ИРРИГАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Полный текст

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.

Об авторах

Мурадулла Мухаммадиевич МУХАММАДИЕВ

Ташкентский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

Шавкат Исакович КЛЫЧЕВ

Ташкентский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Курбон Салихджанович ДЖУРАЕВ

Ташкентский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Фарходжон Эркинович МАДАЛИЕВ

Ташкентский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Султон БЕКМУРОДОВ

Ташкентский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Уулу Абдурауф Абдуазиз

Ташкентский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы