Jump to content

Поток с открытым каналом

(Перенаправлен с открытого канала )

При жидкой механике гидравлике поток и с открытым каналом является типом потока жидкости внутри кабелепровода со свободной поверхностью , известной как канал . [ 1 ] [ 2 ] Другим типом потока внутри трубопровода является поток трубы . Эти два типа потока во многих отношениях одинаковы, но различаются по одному важному отношению: поток с открытым каналом имеет свободную поверхность, тогда как поток труб не является, что приводит к потоку, в котором преобладает гравитация, но не гидравлическое давление .

Центральный канал проекта Аризоны.

Классификации потока

[ редактировать ]

Поток с открытым каналом может быть классифицирован и описан различными способами, основанными на изменении глубины потока в отношении времени и пространства. [ 3 ] Фундаментальные типы потока, связанные с гидравликой с открытым каналом:

  • Время в качестве критерия
    • Устойчивый поток
      • Глубина потока не изменяется с течением времени, или, если можно предположить, постоянна в течение рассматриваемого временного интервала.
    • Нестационарный поток
      • Глубина потока действительно меняется со временем.
  • Пространство как критерий
    • Равномерный поток
      • Глубина потока одинакова в каждом разделе канала. Единый поток может быть устойчивым или неустойчивым, в зависимости от того, изменяется ли глубина со временем (хотя нестационарный равномерный поток встречается редко).
    • Разнообразный поток
      • Глубина потока изменяется по длине канала. Технически различный поток может быть либо устойчивым, либо неустойчивым. Разнообразное поток может быть дополнительно классифицирован как быстро или постепенно широко распространенный:
        • Быстро радуемый поток
        • Постепенно распаданный поток
          • Глубина изменяется на большем расстоянии.
    • Непрерывный поток
      • Разряд является постоянным на протяжении всего рассмотрения канала. Это часто бывает с постоянным потоком. Этот поток считается непрерывным и, следовательно, может быть описан с использованием уравнения непрерывности для непрерывного устойчивого потока.
    • Пространственно распределенный поток
      • Разряд устойчивого потока неравномер вдоль канала. Это происходит, когда вода входит и/или покидает канал вдоль хода потока. Примером потока, попадающего в канал, будет водосточный желоб. Примером потока, покидающего канал, будет ирригационный канал. Этот поток может быть описан с использованием уравнения непрерывного для непрерывного неустойчивого потока, требует рассмотрения временного эффекта и включает в себя элемент времени в качестве переменной.

Состояния потока

[ редактировать ]

Поведение потока с открытым каналом определяется воздействием вязкости и гравитации относительно инерционных сил потока. Поверхностное натяжение имеет незначительный вклад, но не играет достаточно значительной роли в большинстве случаев, чтобы быть руководящим фактором. Из-за присутствия свободной поверхности гравитация, как правило, является наиболее значимым фактором потока с открытым каналом; Следовательно, отношение инерционных к гравитационным силам является наиболее важным параметром безразмерных. [ 4 ] Параметр известен как номер Фруда и определяется как: где Средняя скорость, является характерной шкалой длины для глубины канала, и гравитационное ускорение . В зависимости от влияния вязкости относительно инерции, как это представлено числом Рейнольдса , поток может быть ламинарным , турбулентным или переходным . Однако, как правило, приемлемо предположить, что число Рейнольдса достаточно велик, так что вязкие силы можно пренебрегать. [ 4 ]

Формулировка

[ редактировать ]

Можно сформулировать уравнения, описывающие три закона о сохранении для величин, которые полезны в потоке с открытым каналом: массой, импульсом и энергией. Уравнения руководящих с компонентами Полем В декартовых координатах эти компоненты соответствуют скорости потока на осях x, y и z соответственно.

Чтобы упростить окончательную форму уравнений, приемлемо сделать несколько предположений:

  1. Поток несжимаемый (это не является хорошим предположением для быстро растерянного потока)
  2. Число Рейнольдса достаточно большое, так что вязкая диффузия может быть пренебрегается
  3. Поток одномерный по оси x

Уравнение непрерывности

[ редактировать ]

Общее уравнение непрерывности , описывающее сохранение массы, принимает форму: где жидкости плотность и это оператор дивергенции . При предположении о несжимаемом потоке, с постоянным контрольным объемом , это уравнение имеет простое выражение Полем Тем не менее, возможно, что зона поперечного сечения может измениться как с временем, так и с пространством в канале. Если мы начнем с интегральной формы уравнения непрерывности: Можно разложить объемный интеграл на поперечное сечение и длину, что приводит к форме: При предположении о несжимаемом, 1D -потоке это уравнение становится: Отметив это и определение объемного расхода , уравнение сводится к: Наконец, это приводит к уравнению непрерывности для несжимаемого 1D-потока с открытым каналом:

Уравнение импульса

[ редактировать ]

Уравнение импульса для потока с открытым каналом может быть найдено, начиная с несжимаемых уравнений Навье-Стоукса : где это давление , кинематическая вязкость , , Оператор Лапласа и это гравитационный потенциал . Вызывая высокое число Рейнольдса и 1D -допущения потока, у нас есть уравнения: Второе уравнение подразумевает гидростатическое давление , где глубина канала разница между высотой свободной поверхности И дно канала Полем Замена в первое уравнение дает: Где склон кровати канала Полем Чтобы учесть стресс сдвига вдоль банков каналов, мы можем определить термин силы: где это стресс сдвига и гидравлический радиус . Определение склона трения , способ количественной оценки потерь трения, приводит к окончательной форме уравнения импульса:

Энергетическое уравнение

[ редактировать ]

Чтобы получить энергетическое уравнение, обратите внимание, что адвективный термин ускорения может быть разложено как: где это завихренность потока и Евклидовая норма . Это приводит к форме уравнения импульса, игнорируя термин внешних сил, заданный: Принимая произведение точечное С этим уравнением приводит к: Это уравнение было получено с использованием скалярного тройного продукта Полем Определять быть плотностью энергии : Отмечая это независимо от времени, мы приходим к уравнению: Предполагая, что плотность энергии зависит от времени, а поток является одномерным приводит к упрощению: с быть постоянным; Это эквивалентно принципу Бернулли . Особый интерес к потоку с открытым каналом представляет конкретную энергию , который используется для вычисления гидравлической головки это определено как:

с быть конкретным весом . Тем не менее, реалистичные системы требуют добавления потери головы термина Чтобы учесть рассеяние энергии из -за трения и турбулентности , которое было проигнорировано путем дисконтирования термина внешних сил в уравнении импульса.

Смотрите также

[ редактировать ]
  1. ^ Чоу, Вен Те (2008). Гидравлика с открытым каналом (PDF) . Колдуэлл, Нью -Джерси: Пресса Блэкберна. ISBN  978-1932846188 .
  2. ^ Battjes, Jurjen A.; Labeur, Robert Jan (2017). Нестационарный поток в открытых каналах . Кембридж, Великобритания: издательство Кембриджского университета. ISBN  9781316576878 .
  3. ^ Jobson, Harvey E.; Фролих, Дэвид С. (1988). Основные гидравлические принципы потока с открытым каналом (PDF) . Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США.
  4. ^ Jump up to: а беременный Штурм, Терри В. (2001). Гидравлика открытого канала (PDF) . Нью-Йорк, Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. п. 2. ISBN  9780073397870 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3f4792a64eab39e52ab079d9ee27e9c8__1698672720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3f/c8/3f4792a64eab39e52ab079d9ee27e9c8.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Open-channel flow - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)