Rozwiązania równań energii i odskoku w korycie o trapezowym przekroju poprzecznym

• Autorzy: Kisiel A. J.

Warianty tytułu

EN

Solutions for energy and hydraulic jump equations for a trapezoid cross-section

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono bezwymiarowe rozwiązania równań energii i odskoku hydraulicznego w korycie o trapezowym przekroju poprzecznym Rozwiązania te umożliwiają w prosty sposób obliczanie głębokości sprzężonych odskoku hydraulicznego bez konieczności korzystania z wykresów pomocniczych. Obok analitycznych rozwiązań równań energii i odskoku zostały również przedstawione ich rozwiązania przybliżone. Rozwiązania przybliżone charakteryzują się bardzo dużą dokładnością otrzymywanych wyników. Jest ona wystarczająca do obliczeń w praktyce inżynierskiej. Do wymiarowania trapezowych wypadów stopni wodnych na rzekach podgórskich w artykule zaprezentowano również formuły obliczeniowe, które zostały opracowane przez autora na podstawie jego własnych prac badawczo-doświadczalnych dokonanych na modelach fizycznych stopni korekcyjnych w korytach trapezowych. Na szczególną uwagę zasługują formuły umożliwiające wymiarowanie trapezowych wypadów z odwrotnie nachylonym dnem. Wypady konstruowane w korycie o trapezowym przekroju poprzecznym wymagają odpowiedniego ukształtowania napływu strumienia wody ze stanowiska górnego stopnia na płytę wypadu. W rozwiązaniach stopni wodnych ma to istotne znaczenie dla hydraulicznie poprawnego działania stopnia. Możliwość posługiwania się nieskomplikowanymi procedurami obliczeniowymi będzie miała znaczący wpływ na szersze niż dotąd stosowanie wypadów trapezowych w praktyce. Trapezowe wypady nie są tak rozpowszechnione i tak dobrze rozpoznane w praktyce inżynierskiej jak wypady prostokątne. Taki stan rzeczy powodowany jest przede wszystkim dwiema przyczynami: konstrukcje dolnych stanowisk budowli wodnych z reguły narzucają prostokątny przekrój wypadu; w przypadkach gdy zastosowanie trapezowego przekroju wypadu byłoby uzasadnione kształtem koryta regulacyjnego, realizowane są jednak wypady prostokątne bowiem charakteryzują się prostą konstrukcją i wiarygodną co do uzyskiwanych wyników procedurą obliczeniową. Stosowanie trapezowych wypadów w wielu praktycznych przypadkach jest koniecznością dla zapewnienia efektywnego rozproszenia energii wody. Również walory estetyczne realizowanego obiektu wodnego w naturalnym środowisku powinny współdecydować o wyborze ukształtowania wypadu. Szczególnie dotyczy to regulacyjnych trapezowych przekrojów potoków czy rzek podgórskich. Stosowane w celu redukcji spadku podłużnego stopnie korekcyjne winny być tak ukształtowane, by z jednej strony były one korzystne hydraulicznie, zaś z drugiej strony stanowiły kompozycję krajobrazową niekolidującą z walorami naturalnego środowiska. Trapezowe ukształtowanie wypadu stopni na rzekach podgórskich posiada zatem istotne eksploatacyjne i krajobrazowe uzasadnienie.

EN

In the paper some non-dimensional solutions for energy and hydraulic jump equations for trapezoid open channels are presented. These solutions allow for calculating in a simplified way the coupled depths of a hydraulic jump without using additional graphs. Besides analytical solutions, the approximate solutions of the equations are provided as well, which are enough precise for the calculations in engineering practices. In order to calculate trapezoid lower stands of stages of fall at mountain creeks and rivers, some formulas are presented, which are developed based on original author's research carried out in physical models. In particular, the formulas are provided that allow to design trapezoid lower stands with an adverse inclined bed. The lower stands built in channels with a trapezoid cross-section require adequate shaping of an inflow of a water jet flowing from an upper stage of fall to a lower stand. It is important for the proper hydraulic functioning of a stage of fall. The possibilities of simplified calculation procedures may have a positive impact on more frequent practical applications of trapezoid lower stands. Trapezoid lower stands are not so widely developed and applied in practice as rectangular ones mainly because of two reasons: construction of lower stations of water plants usually imposes a rectangular cross-section of a lower stand ; in the case where a trapezoid lower stand could be applied because of a shape of a control channel, still rectangular stands are used due to a simple construction and a reliable calculation procedure. However, applying trapezoid lower stands in many practical solutions is required to assure an efficient dissipation, of energy of a water jet. Also the aesthetic reasons of constructed water plants, which should be compatible with the environment, should play a role in selecting a shape of a stand. It is important, especially in the case of trapezoid regulatory cross-sections of mountain creeks and rivers. The correction stages of fall used hi order to reduce the longitude slope should be shaped to be hydraulically correct on one hand, and to create a harmony with the natural environment, on the other hand. Thus, trapezoid lower stands of the stages of fall have an important implication from both: hydraulic and landscape viewpoints.

Słowa kluczowe

PL

rozpraszanie energii; odskok hydrauliczny; wypad budowli wodnej; trapezowy przekrój poprzeczny; równania energii; rozwiązania

EN

energy dissipation; hydraulic jump; trapezoid cross-section; energy equations; solutions

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 8, nr 1
• Strony: 31--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Kisiel A. J.

• Politechnika Częstochowska, Instytut Inżynierii i Ochrony Środowiska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Świec G.J., Riezul'taty ekspierimiental'nych issledowanij podpiertogo pryżka za pieriepadom w trapiecioidal'nom rusie, RMNTS, Gidrawlika i Gidrotiechníka 9, Kijew 1970.
• [2] Butok B.O., Aleksiejew J.S., Świec G.J., Uproszczennyj mietod rasczota pieriepadow priamo-ugol'nogo i trapiecioidal'nogo sieczenij, MRNTS, Gidrawlika 2. Tiechnika, Kijew 1966.
• [3] Zagriebin LS., O sopriażonnych głubinach gidrawliczeskogo pryżka posle pieriepada w trapiecioidal'nom rusie, RMNTS, Gidrawlika i Gidrotiechnika 3, Kijew 1966.
• [4] Siemsina K.A., O pryżkie wody w prizrnaticzeskom trapiecioidal'nom rusie, Gidrawlika i Mielioracija8, 1951.
• [5] Agroskin 1.1., Dymitrijw G.T., Pikalow F.I., Gidrawlika, Eniergija, Moskwa 1964.
• [6] Bogomołow A.I., Michajłow K.A., Gidrawlika, Strojizdat, Moskwa 1965.
• [7] Kisiel A., Wybrane zagadnienia z rozpraszania energii wody na trapezowych wypadach, Praca doktorska, Politechnika Krakowska, Kraków 1987.
• [8] Hydrauliczne badania modelowe jazu na rzece Czarna Przemsza, IliGW Politechnika Krakowska, Kraków 1982.
• [9] Kisiel A., Określenie parametrów przestrzennego odskoku hydraulicznego w korycie trapezowym. Zalecenia do wytycznych projektowania stopni korekcyjnych potoków górskich, Badania na modelach fizycznych wypadów trapezowych w Laboratorium Hydraulicznym IliGW Politechniki Krakowskiej, Opracowanie PR-7, 1985.
• [10] Kisiel A., Wymiarowanie konstrukcji prostokątnych i trapezowych wypadów budowli wodnych oraz obliczanie parametrów odskoku hydraulicznego w kolektorach kołowych (Cz. I Schematy obliczeniowe), Zakład Graficzny Politechniki Krakowskiej, Kraków 1995.
• [11] Dąbkowski L., Skibiński J., Żbikowski A., Hydrauliczne podstawy projektów wodnomelioracyjnych, PWRiL, Warszawa 1982.
• [12] Sniegiriew I.A., Gidrawliczeskij pryżok w rusie s oborotnym ukłonom dna, Gidrotiechniczeskoje Stroitiefstwo 1960, 4, 23-37.
• [13] Hydrauliczne badania modelowe stopni na rzekach podgórskich, IliGW Politechnika Krakowska, Kraków 1977.
• [14] Kisiel A., Hydrauliczne obliczenia zestopniowanego koryta Soły poniżej wypadu zapory Czaniec. Opracowanie dla Hydroprojektu, Warszawa 1997.
• [15] Kisiel A., Malmur R., Kisiel J., Wymiarowanie trapezowych wypadów stopni wodnych, Cz. I. Wzory i formuły empiryczne, Czasopismo Techniczne z. 2-Ś/2002 Politechniki Krakowskiej, 12-21.
• [16] Malmur R., Kisiel J., Wymiarowanie trapezowych wypadów stopni wodnych, Cz. II. Hydrauliczna analiza rekomendowanych w praktyce inżynierskiej uproszczeń obliczeniowych, Czasopismo Techniczne z. 2-Ś/2002 Politechniki Krakowskiej, 23-37.