21.06.2017
Гидроизоляция в комнате, где будет устанавливаться ванна или душ, должна быть качественной, ведь именно здесь возможны постоянные...


21.06.2017
Мрамор появляется в результате соединения известняка и доломита под воздействием перекристаллизации различных осадочных пород в...


21.06.2017
Трактор - это техника, без которой сложно представить выполнение дорожно-строительных, землеройных и других работ. Именно поэтому...


20.06.2017
При монтаже пластиковых окон немаловажным пунктом является оформление ее откосов. Для отделки проемов используется материал, из...


20.06.2017
Первые недели жизни малышу требуется на сон не менее 18 часов в сутки. Поэтому очень важно правильно организовать место для сна....


20.06.2017
Утепление или же преобразование лоджии собственными силами, как и при работе профессионалов, всегда начинается с робот по ее...


Полунапорный режим в гофрированных трубах

22.02.2017

При полунапорном режиме входной оголовок водопропускной трубы затоплен, но движение водного потока в трубе безнапорное. Труба работает по типу истечения потока из-под щита. В гладких водопропускных трубах движение водного потока неравномерное с образованием косых и стоячих волн на поверхности. В гофрированных водопропускных трубах как с гладким лотком по дну, так и без него свободная поверхность потока воды возмущенная и волнообразная, но вследствие повышенной шероховатости гофра размеры косых и стоячих волн небольшие (рис. 3.18).

Смена безнапорного режима полунапорным режимом происходит плавно без скачкообразного изменения напора в верхнем бьефе или пропускаемого расхода как в гладких, так и в гофрированных трубах (рис. 3.19).

Расчет пропускной способности гладкой и гофрированной дорожной водопропускной трубы выполняется по формуле

где ?0 - коэффициент расхода, учитывающий сопротивления, испытываемые потоком при входе в водопропускную трубу, назначаемый в зависимости от типа входного оголовка; ? - площадь сечения, равная 0,785d2 для круглой трубы; H0 - гидродинамический напор; ? - коэффициент, определяемый типом входного оголовка. Скоростной напор перед водопропускной трубой небольшой и его величиной обычно пренебрегают, подставляя в формулу (3.11) вместо H0 гидростатический напор Н.
Величина коэффициента ? больше 0,5, но меньше 1,0 и определяется по данным экспериментальных исследований. Для этого результаты экспериментов, по предложению Н.П. Розанова, наносятся на график зависимости относительного напора H/d от возведенного во вторую степень параметра расхода ?2. Опытные точки располагаются вдоль прямой, пересечение которой с вертикальной осью H/d определяет величину коэффициента ?.

В России справедливо считается, что при полунапорном режиме пропускная способность гладкой водопропускной трубы определяется только входными условиями и не зависит ни от длины трубы, ни от её шероховатости, т.е. она работает по типу «короткой». Такой же подход принят и за рубежом. По терминологии, принятой в США, на пропускную способность трубы при полунапорном режиме влияют только входные условия (inlet control), причем не только гладкостенных, но и труб из гофрированного металла. Причем за рубежом считается, что при полунапорном режиме труба работает по типу отверстия в тонкой стенке (orifice). Такой подход не совсем точен, поскольку напор H при этом определяется относительно центра отверстия и поэтому коэффициент ? = 0,5. Как свидетельствуют результаты экспериментальных исследований гладких труб, а также гофрированных труб с нормальной и со спиральной формой гофра (последние будут приведены ниже) величина коэффициента ? существенно больше 0,5.
В табл. 3.4 приводятся значения коэффициентов ? и ?0, рекомендуемые ЦНИИС для гладких и гофрированных труб без гладкого лотка по дну с различными типами входного оголовка и полученные в результате экспериментальных исследований в МАДИ.
На основе приведенных в табл. 3.4 данных для МГТ без гладкого лотка по дну были приняты коэффициенты ? и ?0. Для входа без оголовка со срезом, перпендикулярным оси трубы, эксперименты проводились с трубами различного уклона, которые показали небольшое увеличение значений коэффициента расхода с увеличением уклона. В расчетах это увеличение не учитывается, что идет в запас расчета, и рекомендуется принимать при всех уклонах ? = 0,63 и ?0 = 0,56.
Модельные экспериментальные исследования МГТ с гладким лотком по дну, выполненные в МАДИ, показали, что при уклонах трубы iT ? 0,031 во всем диапазоне существования полунапорного режима величина iT превышает критический уклон iK и поэтому труба работает по типу «короткой».
При iT = 0,01 затопление входного оголовка hВХ/dр = 1,0 происходит при ? = 0,46 и iK = 0,0123. Во время эксперимента через полупрозрачные стенки модели гофрированной трубы за сжатым сечением отчетливо просматривалась кривая подпора, в конце которой формировался гидравлический прыжок. Во всем диапазоне относительных напоров H/dр перед трубой, при которых существовал полунапорный режим, при iT = 0,01 гидравлический прыжок в трубе занимал отогнанное положение, поэтому труба работала по типу «короткой». Об этом же свидетельствует и постоянство значений коэффициентов ?0 и ? во всём диапазоне существования полунапорного режима.
При iT = 0,031 коэффициенты ? и ?0, полученные при исследовании труб различной относительной длины iT/dp = 22...28, имеют одинаковые значения ? = 0,69 и ?0 = 0,72, что свидетельствует о работе трубы при этом уклоне по типу «короткой».
При уклоне трубы iT = 0,01 значения коэффициентов несколько различаются: при iTIdp ~ 22 они соответственно равны - ? = 0,646, ?0 = 0,66, а при iTIdp = 28 - ? = 0,62, ?0 = 0,64. Это свидетельствует о том, что при iT = 0,01 на пропускную способность трубы всё же оказывают некоторое влияние сопротивления по длине трубы. Однако влияние это небольшое и поэтому значения коэффициентов ? и ?0 можно считать не зависимыми от длины трубы при iT = 0,01 и принимать их равными полученным экспериментальным значениям: при iT/dp = 28, т.е. соответственно ? = 0,62 и ?0 = 0,64.
При уклонах трубы iT = 0,05 и 0,096 коэффициенты ? и ?0 соответственно равны 0,662; 0,71 и 0,66; 0,715, т.е. значения их практически одинаковы. Сравнивая их со значениями, полученными при iT = 0,031 (соответственно ? = 0,69 и ?0 = 0,72), видим, что они хотя и близки, но всё же, несколько различаются. Причём значения коэффициента ? - в большей степени. Это свидетельствует о том, что изменение уклона трубы приводит к изменениям условий входа потока в трубу, что и сказывается на величинах коэффициентов ? и ?0.
Учитывая, что эти изменения небольшие, можно считать при iT ? 0,031 значения этих коэффициентов не зависящими от уклона трубы и принимать равными ? = 0,66 и ?0 = 0,71. При iT ? 0,031 значения коэффициентов можно принимать, как и при уклоне трубы iT = 0,01, т.е. равными ? = 0,62 и ?0 = 0,64. Именно эти значения и приведены в табл. 3.3.
Исследованные модели СМГТ без гладкого лотка по дну при уклонах iT = 0,03 и iT = 0,05 с различными типами входного оголовка показали, что во всем диапазоне существования полунапорного режима все модели работали по типу «коротких». Об этом свидетельствовал регистрировавшийся визуально характер движения водного потока в трубе у всех моделей. За сжатым сечением по всей длине трубы поток находился в бурном состоянии, а движение потока было практически равномерным. Только при расходах, близких к расходу, при котором происходила «зарядка» трубы, за сжатым сечение формировалась кривая подпора. Гидравлический прыжок в конце кривой подпора не формировался и труба работала по типу «короткой». Об этом же свидетельствовали и выполненные расчеты критического уклона. У всех исследованных моделей перед «зарядкой» уклон трубы превышал величину критического уклона (результаты расчетов iK для портального оголовка приведены на рис. 3.15 и 3.16).
Анализ и сопоставление полученных коэффициентов ? и ?0 для каждого из исследованных оголовков при уклонах iT = 0,03 и iT = 0,05 свидетельствует о том, что с увеличением уклона происходит небольшое увеличение пропускной способности. Учитывая, что влияние уклона на пропускную способность небольшое, его можно не учитывать, как и поступили в ЦНИИС при исследовании МГТ без гладкого лотка по дну, что идет в запас расчета. В таком случае для СМГТ с различными входными оголовками с гофром 125x25 мм при работе в полунапорном режиме следует принимать следующие коэффициенты: ? = 0,73 и ?0 = 0,65 (вход без оголовка со срезом, перпендикулярным оси трубы), ? = 0,72 и ?0 = 0,67 (портальная стенка), ? = 0,7 и ?0 = 0,68 (раструбный).