Odskok hydrauliczny materia dydaktyczny wersja 1 2
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 35

ODSKOK HYDRAULICZNY materiał dydaktyczny, wersja 1.2 PowerPoint PPT Presentation


  • 507 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

ODSKOK HYDRAULICZNY materiał dydaktyczny, wersja 1.2. Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Inżynierii Wodnej. Stefaniak Marcin, II rok IŚ Gabryś Marta, II rok IŚ Sufryda Michał, II rok IŚ Surma Marcin, II rok IŚ Dr inż.. Leszek Książek. >>>>>. Kraków, kwiecień 2005.

Download Presentation

ODSKOK HYDRAULICZNY materiał dydaktyczny, wersja 1.2

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Odskok hydrauliczny materia dydaktyczny wersja 1 2

ODSKOK HYDRAULICZNYmateriał dydaktyczny, wersja 1.2

Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Inżynierii Wodnej

Stefaniak Marcin, II rok IŚ

Gabryś Marta, II rok IŚ

Sufryda Michał, II rok IŚ

Surma Marcin, II rok IŚ

Dr inż.. Leszek Książek

>>>>>

Kraków, kwiecień 2005


Odskok hydrauliczny

ODSKOK HYDRAULICZNY

  • Cel badania

  • Wiadomości wstępne

  • Wyniki pomiarów

  • Obliczenia

  • Analiza wyników

  • Wizualizacja

  • Zdjęcia

  • Literatura


Cel badania

--Cel badania-

Celem doświadczenia jest stwierdzenie czy dany ruch cieczy jest ruchem podkrytycznym, nadkrytycznym czy krytycznym oraz jakie zjawiska towarzyszą przejściu z jednego rodzaju ruchu w inny rodzaj ruchu.

>>>>>


Wiadomo ci wst pne

--Wiadomości wstępne--

Ruchem krytycznym nazywamy taki ruch, w którym przy stałym przepływie energia strumienia osiąga wartość minimalną lub przy stałej energii strumienia przepływ osiąga maksimum.

Wszystkie parametry hydrauliczne, jakie występują w ruchu krytycznym, nazywamy krytycznymi. Możemy więc mówić o głębokościkrytycznej, prędkościkrytycznej czy spadkukrytycznym.

Należy zauważyć, że istnienie spadku krytycznego możliwe jest jedynie przy ruchu jednostajnym. Tylko w tym wypadku spadek zwierciadła wody równy jest spadkowi dna koryta. O ile istnienie prędkości czy głębokości krytycznej nie jest uzależnione od jednostajności ruchu w korycie, o tyle w wypadku spadku krytycznego ten dodatkowy warunek jest konieczny.

<<<

>>>


Rys 1

Rys. 1

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Ruch krytyczny stanowi granicę pomiędzy dwoma obszarami ruchu a mianowicie: obszarem ruchunadkrytycznego(spokojnego) i podkrytycznego(rwącego). Obie te nazwy mówią już o charakterze tych ruchów. Na rys. 1 widzimy oba te obszary zaznaczone na osi głębokości. W ruchu nadkrytycznym dominuje energia potencjalna strumienia, prędkości są małe i głębokości znaczne.

- W ruchu podkrytycznym decydująca jest energia kinetyczna, co oznacza znaczną prędkość przy niewielkich głębokościach.

- W ruchu pod- czy nadkrytycznym wszystkie parametry ruchu możemy określić jako odpowiednio pod- lub nadkrytyczne.

Rozpatrując zależność między głębokościami, prędkościami i spadkami w omawianych rodzajach ruchu łatwo ustalić następujące nierówności:

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Ostatnia zależność dotycząca spadków wymaga dodatkowo zastrzeżenia o jednostajności ruchu, gdyż tylko wtedy spadek dna jest równy spadkowi zwierciadła wody w korycie. Omówiony wyżej podział na ruch pod- i nadkrytyczny z ruchem krytycznym jako granicą tego podziału ma ogromne znaczenie praktyczne. W obszarze ruchu podkrytycznego dominuje energia kinetyczna, a więc i znaczna prędkość wody, która powoduje rozmywanie koryt, stanowiąc istotne niebezpieczeństwo dla budowli hydraulicznych. Wynika stąd konieczność ograniczenia tego ruchu do tych części budowli, które są odpowiednio wzmocnione. Do ciekawszych wniosków prowadzi obserwacja przechodzenia strumienia cieczy z jednej strefy ruchu do drugiej. Najłatwiej zaobserwować to zjawisko, gdy na pewnym odcinku koryto ma zmienny spadek, mianowicie: nadkrytyczny, potem podkrytyczny i znów nadkrytyczny (rys. 2)

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Obserwując zachowanie się strumienia w takim korycie widzimy, że przejście ruchu z nadkrytycznego w podkrytyczny odbywa się łagodnie, prędkość wzrasta równomiernie, a zwierciadło stopniowo zmienia swoje położenie.

Zupełnie inaczej przedstawia się sytuacja przy przejściu ruchu z podkrytycznego w nadkrytyczny. Obserwujemy tu strefę silnych zaburzeń, w której głębokość wzrasta gwałtownie, a na powierzchni tworzy się poziomy walec, zwany odskokiemhydraulicznymlub odskokiemBidone’a. Powstające w tej strefie zaburzenia pochłaniają duże ilości energii.

Zjawisko odskoku występuje zwykle poniżej jazów, zapór i innych budowli wodnych. Głębokości h1 i h2 po obu stronach odskoku nazywają się głębokościamisprzężonymi. Charakteryzują się one tą właściwością, że gdy jedna z nich rośnie, to druga maleje. Aby mógł powstać odskok, głębokości te muszą spełnić równanie (dla koryta prostokątnego)

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

w którym:  - współczynnik korygujący, przyjmowany zwykle w granicach (podobny do współczynnika Saint-Venanta)

b- szerokość koryta

Jeżeli głębokość h1w korycie za odskokiem jest różna od głębokości sprzężonej h2, to następuje przesunięcie odskoku, przy czym gdy

h1>h2 – odskok przesuwa się w kierunku budowli (pod górę)

h1<h2– odskok przesuwa się w dół koryta.

Zależność między głębokościami sprzężonymi h1 i h2 jest podana w postaci przekształconego równania, z którego można wyznaczyć drugą głębokość sprzężoną na podstawie parametrów ruchu przed odskokiem. Równanie to (ważne dla koryta prostokątnego) ma postać:

W którym: v1 – prędkość w ruchu podkrytycznym; pozostałe oznaczenia jak wyżej.

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Dla projektowania budowli piętrzącej, poniżej której występuje odskok Bidone’a, bardzo ważna jest znajomość długości odskoku, gdyż na tej długości konieczne jest wzmocnienie podłoża. Obliczenie to możemy przeprowadzić korzystając z istniejących wielu wzorów doświadczalnych, wśród których najczęściej używane są:

wzór Wóycickiego o postaci:

oraz wzór Pawłowskiego:

w których: h1,h2– głębokości sprzężone w m,

L – długość odskoku w m.

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Jeżeli odskok nie powstaje tuż przy budowli piętrzącej, zachodzi konieczność umocnienia koryta na dłuższym odcinku, W takim wypadku stosujemy sposoby, które mają na celu przesunięcie odskoku „ku górze”, tj. w stronę budowli piętrzącej. Należy do nich np. zaprojektowanie wgłębienia w podłożu, zwanego niecką wypadową lub studnią amortyzacyjną. Dzięki obniżeniu dna poniżej budowli zwiększamy głębokość h tak, aby była ona wystarczająca do powstania odskoku w obrębie niecki. Innym sposobem zmniejszenia długości odskoku jest wbudowanie w dnie koryta poniżej budowli piętrzącej specjalnych bloków betonowych, zwanych szykanami i rozpraszaniu strug płynącej wody, a tym samych zmniejszeniu jej energii kinetycznej. Dane dotyczące wymiarów szykan oraz sposobu ich ustawienia uzyskuje się najczęściej w wyniku badań na modelach.

Bardzo istotne jest w praktyce sprawdzenie, jaki rodzaj ruchu (pod-, czy nadkrytyczny) panuje w korycie. W tym celu można porównać ze sobą obie strony równania ruchu krytycznego.

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Jeżeli

znaczy to, że energia ruchu (kinetyczna) jest mniejsza od potencjalnej, a więc mamy do czynienia z ruchemnadkrytycznym.

Gdy

dominuje energia kinetyczna, a więc występuje ruch podkrytyczny.

Istnieje jeszcze inny, prostszy sposób określenia rodzaju ruchu. Podstawiamy w tym celu do równania ruchu krytycznego .

Otrzymamy więc:

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Po podzieleniu obu stron przez

prawa strona powyższego równania jest wysokością prędkości znaną z równania Bernoullego. Oznaczamy ją skrótowo symbolem hv.

Jednocześnie iloraz

jest średnią głębokością rozpatrywanego przekroju ( o dowolnym kształcie), wobec tego . Można więc powiedzieć, że ruch krytyczny panuje wówczas, gdy średnia głębokość przekroju jest dwukrotnie większa od wysokości prędkości, czyli gdy:

to

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

W ruchu podkrytycznym, w którym przeważa energia kinetyczna :

Natomiast w ruchu nadkrytycznym, gdzie energia potencjalna (a więc głębokość) ma decydujące znaczenie, jest spełniony warunek odwrotny, tj.:

Ruch nadkrytyczny występuje w większości rzek pozostającym w stanie naturalnym (a więc nie zabudowanych za pomocą budowli piętrzących). Jedynie w potokach górskich o znacznych spadkach spotkać można ruch podkrytyczny. Trzeba jednak zwrócić uwagę, że koryta tych potoków stanowią duże kamienie, które skutecznie przeciwstawiają się rozmywającemu działaniu płynącej wody .

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Jeśli chodzi o ruch krytyczny można stwierdzić, że ten „graniczny” rodzaj ruchu zachodzi w przyrodzie wszędzie tam, gdzie strumień musi gromadzić energię do pokonania pewnej przeszkody. Następuje wtedy spiętrzenie wody do minimalnego poziomy, jaki wystarcza do wywołania danego przepływu. Na przykład gdy koryto jest zwężone na pewnym odcinku, a jego normalna energia nie wystarcza do wywołania koniecznych prędkości, to powyżej przewężenia następuje akumulacja energii tak długo, aż zbierze się dostateczna jej ilość do zapewnienia właściwego przepływu. W tym wypadku w przewężeniu powstanie ruch krytyczny jako wymagający najmniejszej energii, a więc najbardziej „ekonomiczny”.

Taki obraz przepływu można zauważyć np. w przekroju mostu, gdzie jego filary powodują zwężenie koryta. Jeśli istnieje możliwość powstania ruchu krytycznego, dno koryta musi być odpowiednia zabezpieczone przed rozmywaniem.

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Ruch krytyczny charakteryzuje się jeszcze bardzo istotną właściwością, wynikającą ze wzoru na prędkość krytyczną. Mianowicie z wzoru wynika, że średnia prędkość strumienia płynącego ruchem krytycznym równa jest podwójnej wysokości prędkości, tj.

Przyjmując =1 i przekształcając powyższy wzór ze względu na niewiadomą v otrzymamy:

- Wzór na prędkość krytyczną

Okazuje się, ze prędkość krytyczna jest równa prędkości przenoszenia się fali i innych zaburzeń powstających na swobodnych powierzchniach cieczy, gdyż ta właśnie prędkość wyraża się wzorem . Wobec zachodzącej równości widzimy, że zarówno w ruchu krytycznym, jak i tym bardziej podkrytycznym żadne zaburzenia nie mogą przenosić się w górę koryta, gdyś prędkość ich ruchu jest mniejsza od prędkości płynącej wody. Jeżeli więc w korycie poniżej dowolnej przeszkody panuje ruch krytyczny lub podkrytyczny, to ani poziom wody poniżej przeszkody, ani inne zjawiska hydrauliczne (np. fale wywołane wrzuconym do wody kamieniem) nie mogą przenosić się w górę koryta.

Ruch krytyczny charakteryzuje się jeszcze bardzo istotną właściwością, wynikającą ze wzoru na prędkość krytyczną.

Mianowicie z wzoru

wynika, że średnia prędkość strumienia płynącego ruchem krytycznym równa jest podwójnej wysokości prędkości, tj.

Przyjmując =1 i przekształcając powyższy wzór ze względu na niewiadomą votrzymamy:

- Wzór na prędkość krytyczną

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Okazuje się, ze prędkość krytyczna jest równa prędkości przenoszenia się fali i innych zaburzeń powstających na swobodnych powierzchniach cieczy, gdyż ta właśnie prędkość wyraża się wzorem

Wobec zachodzącej równości widzimy, że zarówno w ruchu krytycznym, jak i tym bardziej podkrytycznym żadne zaburzenia nie mogą przenosić się w górę koryta, gdyś prędkość ich ruchu jest mniejsza od prędkości płynącej wody.

Jeżeli więc w korycie poniżej dowolnej przeszkody panuje ruch krytyczny lub podkrytyczny, to ani poziom wody poniżej przeszkody, ani inne zjawiska hydrauliczne (np. fale wywołane wrzuconym do wody kamieniem) nie mogą przenosić się w górę koryta.

<<<

>>>


Wyniki pomiar w

Lp.

Rzędna dna [cm]

Rzędna wody wypływającej przez wylot [cm]

Rzędna górnego zwierciadła [cm]

Rzędna dolnego zwierciadła [cm]

Przepływ [m3/s]

1

-7,5

-2,7

32,7

13,5

0,023

2

-7,5

-2,7

34,0

9,1

0,026

3

-7,5

-3,8

31,2

7,7

0,026

4

-7,5

-3,9

31,1

3,6

0,03

--Wyniki pomiarów--

szerokość koryta b = 48,5 cm

<<<

>>>


Obliczenia

--Obliczenia--

Powierzchnia:

Prędkość:

Liczba Froude’a:

<<<

>>>


Analiza wynik w

Lp.

h’ [m]

Q [m3/s]

F [m2]

V [m/s]

Fr

1.

0,048

0,023

0,02328

0,99

1,44

2.

0,048

0,026

0,02328

1,11

1,66

3.

0,037

0,026

0,0179

1,5

2,4

4.

0,036

0,03

0,01746

1,72

2,9

--Analiza wyników--

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Przypadek 1

Przypadek3

odskok zafalowany, ruch rwący

odskok słaby, ruch rwący

Przypadek 2

Przypadek4

odskok zafalowany, ruch rwący

odskok oscylujący, ruch rwący

<<<

>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Rodzaje odskoków hydraulicznych:

Odskok zafalowany

Odskok słaby

Odskok oscylujący

Odskok trwały

<<<

>>>


Wizualizacja

--Wizualizacja--

Wypływ spod zasuwy - odskok zatopiony

<<<<

>>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Etapy odrzucania odskoku1 2

3 4

<<<<

>>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Etapy odrzucania odskoku5 6

7 8

<<<<

>>>>


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

menu

Etapy odrzucania odskoku 9 10

11 12

<<<<


Zdj cia

--Zdjęcia-

<<<

>>>

Jaz myślenicki


Zdj cia1

--Zdjęcia--

<<<

>>>


Zdj cia2

--Zdjęcia--

<<<

>>>


Zdj cia3

--Zdjęcia--


Zdj cia4

--Zdjęcia--


Zdj cia5

--Zdjęcia--


Zdj cia6

--Zdjęcia--


Odskok hydrauliczny material dydaktyczny wersja 1 2

Nn


Literatura

--Literatura-

Szuter A. Utrysko B. 1986,„Hydraulika i podstawy hydromechaniki’’ Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa

E.Kubrak , J.Kubrak ‘’Hydraulika techniczna’’

<<<


  • Login