Напп (вода) - Nappe (water)

В гидротехника, а покрывало это лист или завеса воды, которая течет по плотина или же плотина. Верхняя и нижняя водные поверхности имеют четко определенные характеристики, которые создаются гребнем плотины или плотины.[1] Обе структуры имеют разные характеристики, которые характеризуют, как покров может течь через или над непроницаемыми бетонными конструкциями.[2] Инженеры-гидротехники различают эти две водные структуры при определении характеристик и расчетах образования покровного слоя.[3] Инженеры учитывают батиметрия стоящих тел (например, озер) или движущихся водоемов (например, рек или ручьев). Для плотины или плотины сооружается соответствующий гребень, чтобы разрушение плотины не было вызвано вибрацией оболочки.[4] или воздушная кавитация от свободных габаритных конструкций.[5]

Плотины

В зависимости от конструкции вентиляции плотины над гребнем водослива могут быть три типа: свободные, опущенные и прилегающие.[6] Свободный покров, который вентилируется для поддержания атмосферное давление ниже, не контактирует с нижней стороной водослива.[7] Сдавленный покров частично вентилируется, что создает отрицательное давление под покровом. Отрицательное давление приводит к увеличению сбрасываемой воды на 6–7% по сравнению со свободной оболочкой.[8] Под перетяжками нет воздуха, и струя течет вдоль водослива. Форма, заполняющая эту область, называется Ogee. Расход этих водосливов примерно на 25–30% больше, чем у свободных покровов. Геометрия водослива определяет коэффициент расхода, проходящего через гребень, который пропорционален образованию покрова.[9] Инженеры определяют количество сброса и площадь поперечного сечения реки / ручья, чтобы рассчитать адекватную форму плотины, которая должна быть реализована.

Плотины

Многие пути воды могут проникать через структуру плотины, образуя четко очерченный покров. Однако инженеры классифицируют плотины либо как переливающиеся, где вода постоянно перетекает или блокируется через ворота на вершине гребня, либо как непереполняющиеся плотины, которые направляют воду через плотину или вокруг нее с помощью аварийных затворов. Оба они разного размера.[10] Перепускная плотина имеет типологию покрова, аналогичную плотинам (свободный, вогнутый и цепляющийся).[11] Инженеры обычно строят Ogee гребень, который образует цепкую шапку. Это увеличивает расход, снижает атмосферное давление и снижает вероятность возникновения кавитации воздуха.[12][13]

Проблемы

Покрытие вибрации

Вибрация оболочки классифицируется в гидравлической литературе как гидродинамическое возбуждение; вибрации генерируются жидкостью, и характеристики потока в точке отсоединения и удара имеют решающее значение.[14] Это хорошо известное явление возникает на конструкциях со свободными габаритами (т. Е. Плотинах, фонтанах или плотинах) и создает чрезмерный шум на бетонных конструкциях.[15] Они нежелательны и опасны для затворов и, кроме того, характеризуются колебаниями в тонком потоке, возникающем каскадом вниз по течению от гребня. Вибрации создают постоянный шум, когда вода течет по конструкции, и могут привести к трещинам или кавитации воздуха, что приведет к катастрофическому разрушению. Явление является результатом Неустойчивость Кельвина – Гельмгольца, поперечные силы, возникающие между двумя жидкостями с разными скоростями.[16]

Кавитация

Кавитация определяется как взрывной рост пузырьков пара в жидкости.[17] Эти пузырьки образуются и могут переноситься в области с более высоким локальным давлением, которые исчезают раньше в результате схлопывания. Неровности поверхности гидротехнических сооружений склонны к кавитации. Поверхностное повреждение на этом типе поверхности начнется на выходе из облака схлопывающихся кавитационных пузырьков.[18] Сообщалось о повреждении от кавитации в нескольких гидротехнических сооружениях, включая водосбросы в открытых каналах, нижние выпускные отверстия в плотинах, высокие затворы и щели затворов, а также рассеиватели энергии с гидрозатворами. Скорость воды, падающей на поверхность, является одной из причин кавитации. Также увеличение высоты водосбросов на высоких плотинах приводит к увеличению кавитации, вызванной покровным потоком.[19]

Рекомендации

  1. ^ «Условия воды и сточных вод». Штат Сакраменто (Управление водных программ). Получено 21 апреля 2018.
  2. ^ «В чем разница между плотиной, плотиной и плотиной?». GreenBug Energy Inc. Получено 21 апреля 2018.
  3. ^ Шансон, Герберт (1 января 1994). «Гидравлика режима течения покровной воды над ступенчатыми желобами и водосбросами» (PDF). CE36 (1): 69–76. Получено 21 апреля 2018. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Лодомес, Маурин (1 июня 2016 г.). «Частоты вибрации покровного слоя для конструкций со свободным перепадом». Получено 21 апреля 2018. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ Шансон, Герберт. «Проектирование устройств аэрации водосброса для предотвращения кавитационного повреждения желобов и водосбросов». Университет Квинсленда, Школа гражданского строительства. Получено 21 апреля 2018.
  6. ^ "Плотины". Код Cogs. Получено 21 апреля 2018.
  7. ^ "Free Nappe". Глоссарий по метеорологии Американское метеорологическое общество. Получено 21 апреля 2018.
  8. ^ Сони, Г.С. (2011). Основы механики жидкости (2-е изд.). IK International Pvt Ltd. стр. 411. ISBN  9789380578859. Получено 21 апреля 2018.
  9. ^ Тандавесвара, Б.С. "Обтекание плотин" (PDF). Гидравлика. Получено 21 апреля 2018.
  10. ^ «Энергия движущейся воды» (PDF). Проект потребности (Путеводитель): 14. 2013–2014 гг.. Получено 21 апреля 2018.CS1 maint: формат даты (связь)
  11. ^ Харагпур. «Водосбросы и рассеиватели энергии Версия 2» (PDF). Гидравлические конструкции для отвода и хранения потока (2): 4–11. Получено 21 апреля 2018.
  12. ^ «Энергия движущейся воды» (PDF). Проект потребности (Путеводитель): 14. 2013–2014 гг.. Получено 21 апреля 2018.CS1 maint: формат даты (связь)
  13. ^ Харагпур. «Водосбросы и рассеиватели энергии Версия 2» (PDF). Гидравлические конструкции для отвода и хранения потока (2): 4–11. Получено 21 апреля 2018.
  14. ^ Наудашер, Эдуард; Роквелл, Дональд (2012). Вибрации, вызванные потоком: Руководство по проектированию. Курьерская корпорация. С. 2–21. ISBN  978-9054101314. Получено 21 апреля 2018.
  15. ^ Crookston, B.M .; Таллис, Б. (9 октября 2012 г.). "Техническая документация по гидравлическому проектированию и анализу лабиринтных водосливов. Скачано 435 раз. II: Аэрация, нестабильность и вибрация покровного слоя". Журнал ирригации и дренажной инженерии. 139 (5): 371–377. Дои:10.1061 / (asce) ir.1943-4774.0000553.
  16. ^ Гельмгольц, Герман фон. «Гидравлическое проектирование и анализ лабиринтных водосливов. II: Аэрация, нестабильность и вибрация оболочки». Журнал ирригации и дренажной инженерии. 36 (4): 371–377.
  17. ^ Фалви, Генри (1990). «Кавитация в желобах и водосбросах». Департамент внутренних дел США, Бюро мелиорации (42): 2–8. Получено 21 апреля 2018.
  18. ^ Фалви, Генри (апрель 1990 г.). «Кавитация в желобах и водосбросах». Департамент внутренних дел США, Бюро мелиорации (42): 29–35. Получено 21 апреля 2018.
  19. ^ Шансон, Хуберт (1994-01-01). «Гидравлика режима течения покровной воды над ступенчатыми желобами и водосбросами». Сделки по гражданскому / структурному проектированию в Австралии. CE36 (1): 69–76. Получено 21 апреля 2018.