Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах icon

Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах




НазваМіністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах
Сторінка7/8
Дата28.06.2012
Розмір0.93 Mb.
ТипКонспект
1   2   3   4   5   6   7   8

^ 9.2. Основний закон фільтрації


При вивченні фільтрації, вважаємо, що пористе тіло й рідина утворять суцільне середовище. Тоді, розглядаючи площі, що значно перевершують розміри часток ґрунту, можна вважати, що ґрунтовий потік суцільно заповнює весь простір пористого середовища.

Уведемо поняття швидкості фільтрації.

U = Q/W, (9.3)

де Q - витрата, що проходить через переріз ґрунту, площею W.

При цьому нагадаємо, що W = Wn + Wск.

Дійсні швидкості просочування через пори Un більше, ніж швидкість фільтрації в 1/m раз.

Рух рідини в ґрунтах відбувається при наявності дуже великих опорів, які викликані малими розмірами порохових каналів, їхньою звивистістю, неправильною формою, великою шорсткістю й рядом інших факторів, що значно знижує швидкість фільтрації. У зв'язку із цим у ґрунтовому потоці приймають, що гідравлічний напір Н дорівнює п’єзометричному напору z+p/? g, тобто зневажають швидкісним напором.

Тоді питома енергія потоку (напір)

Н = z + p/? g.

У результаті вивчення руху води в піщаних фільтрах Дарсі встановив, що швидкість фільтрації лінійно залежить від гідравлічного ухилу:

U = K I, (9.4)

де К - коефіцієнт фільтрації.

Вираження (9.4) називають законом Дарсі або лінійним законом фільтрації.

При виконанні рівності (9.4) втрати напору пропорційні швидкості в першому ступені фільтрації, тобто режим руху – ламінарний.

З огляду на те, що I = -d/dl, одержуємо:

U = KI = -Kd/dl . (9.5)

Нагадаємо, що d/dl<0. При лінійному зменшенні напору по довжині.

. (9.6)


^ 9.3. Коефіцієнт фільтрації


Коефіцієнт фільтрації дорівнює швидкості фільтрації при I = 1. Він залежить від властивостей пористого середовища (форми, розмірів, взаємного розташування, шорсткості часток), засоленості ґрунту й в'язкості рідини (а, отже, від її температури). Коефіцієнт фільтрації може змінюватися під впливом електричних і магнітних полів.

Орієнтовні значення коефіцієнта фільтрації наведені в табл. 9.2.

Таблиця 9.2. - Орієнтовні значення коефіцієнта фільтрації

Ґрунти

К, м/сут

Ґрунти

К, м/сут

Глина

0,001

Пісок дрібнозернистий

1 - 5

Суглинок важкий

0,05

Пісок середньо зернистий

5 - 20

Суглинок легкий

0,05 - 0,1

Пісок грубозернистий

20 - 50

Супись

0,1 - 00,5

Гравій

20 - 150

Льос

0,25 - 0,5

Галечник

100 - 500

Пісок пилуватий

0,5 - 1,0

Великий галечник без піщаного заповнення

500 - 1000 або більше

Властивість пористого середовища пропускати через себе рідину, газ під дією прикладеного перепаду тиску називається проникністю. Проникність оцінюється коефіцієнтом проникності, що залежить не від властивостей рідини, а тільки від властивостей ґрунту й виміряється в тих же одиницях, що й площа. Його можна представити у вигляді

Кп = g K/?,

де ? - кінематична в'язкість рідини.

Тоді формулу Дарсі можна представити у вигляді:

U = gKп/?. (9.7)

Коефіцієнт фільтрації, як середньо арифметичне значення, за результатами лабораторних і польових досліджень, отриманих в однакових умовах.

При лабораторних випробуваннях для визначення коефіцієнтів фільтрації нев’язких ґрунтів використовують прилад Дарсі (рис. 9.1)





hw


l



z1


z2


Рис. 9.1 - Прилад Дарсі.

У вертикальному відкритому циліндрі з площею поперечного перерізу W покладений пісок, що знизу підтримується сіткою. Вода надходить по трубці, сталість рівня підтримується зливом води через трубу (внизу приладу).

Вода, що фільтрується через грунт, збирається під решіткою на дні циліндру і витікає назовні через кран. Після того як рух стане сталим, знаходять витрату Q і вимірюють показання п’єзометрів, приєднаних до бічної стінки циліндра в межах частини обсягу, заповненого ґрунтом.

За формулою (9.3) визначають швидкість фільтрації U = Q/W, гідравлічний ухил I = hтр/l (hтр – різниця показань у двох п’єзометрах на відстані l один від одного). За формулою (9.5) знаходимо коефіцієнт фільтрації k.

У деяких щільних ґрунтах (глини й важкі суглинки) фільтрація починається лише тоді, коли гідравлічний ухил (градієнт напору) перевищить початковий градієнт Io. Тоді замість формули (9.5) використовують наступну формулу:

. (9.8)

Для дуже щільних глин Іo = 20-30.

Експериментально встановлено, що закон Дарсі при числах Re, що перевищує деякі значення Reкр, порушується. При Reкр зберігається лінійний закон фільтрації (ламінарна фільтрація). При Re>Reкр (турбулентна фільтрація) залежності U і I інші. Для цих випадків експериментально визначено:

I = a + b. (9.9)

Або U = c I, (9.10)

де а, в, с - коефіцієнти, що отримані дослідним шляхом для конкретних випадків руху ґрунтових вод.

Якщо швидкості так малі, що можна зневажити другим членом рівняння (9.9), одержуємо формулу Дарсі. Якщо швидкості значні й можна зневажити членом a, одержуємо формулу, що нагадує Шезі

U = KкрІ . (9.11)

Формулу (9.10) застосовують для тріщинуватих порід при n = 1-1,75.

Іншими словами, турбулентний режим руху води можливий при фільтрації у великих частках, наприклад, при русі води в кам'яному накиді.

За С.В. Ізбашем Ктурб складе

, (9.12)

де dm – середній діаметр кулі рівновеликого каменю, см;

m – пористість кам'яного накиду.


^ 9.4. Приплив води до водозабірної галереї


Приплив води до водозбірної галереї при безнапірному русі ґрунтових вод, що плавно змінюється, по горизонтальному водопроникному шару зображений на рис. 9.2. Дно галереї розташоване на водоупорі. До галереї з двох сторін притікає питома витрата, що дорівнює подвоєній питомій витраті, зумовлена за формулою:

.

Рівняння вільної поверхні має вигляд

Z2 – h2 =2g/K x, (9.13)

де x - відстань від зовнішньої стінки галереї до створу з поточною глибиною h.


А А

Крива депресії

іср h


Н

z


і = 0

x

l


Рис. 9.2 – Водозбірна галерея

Якщо ввести поняття довжини впливу галереї Lгал, при x = Lгал, можна одержати формулу для підрахунку питомої витрати, що притікає з двох сторін,

.

Витрата, що надходить у галерею довжиною В, при двосторонньому надходженні:

. (9.14)


Контрольні запитання

  1. Назвіть види руху рідин в ґрунтах?

  2. Що таке фільтрація?

  3. Дайте визначення пористості ґрунту.

  4. Яке рівняння називають законом Дарсі?

  5. Наведіть формулу визначення коефіцієнту фільтрації.

  6. Наведіть схему приладу Дарсі.

  7. Наведіть схему водозбірної галереї.

  8. За якою формулою визначають витрату, що надходить у галерею при двосторонньому надходженні?

^ КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ


Завданням на контрольну роботу передбачається складання відповідей на контрольні запитання, номера яких указані в посібнику, а також вирішення задачі по розрахунку каналу за наведеним алгоритмом.


Таблиця 1 - ^ Варіанти контрольних запитань

Номер розділу

Номера варіантів (остання цифра номера залікової книжки)

1

2

3

4

5

6










0

1

9

14

1

12

2

3

4

5

6

10

2

6

1

2

3

4

7

8

9

5

11

3

6

5

4

3

2

1

2

3

4

5

4

4

2

1

3

2

1

3

4

1

4

5

1

2

3

4

5

6

7

8

3

6

6

1

2

4

3

5

4

2

1

3

4

7

1

2

3

2

1

3

1

2

3

2

8

3

2

1

4

5

3

6

1

3

4

9

3

4

5

3

6

7

8

1

2

4


Таблиця 2 – ^ Варіанти вихідних даних для вирішення задачі




п/п

Z1, м

Z2, м

Z3, м

Z4,5, м

Z6, м

Z7, м

Qa, м3

Qb, м3

Qc, м3

Qd, м3

Qe, м3

Qf, м3

la, км

lb, км

lc, км

ld, км

le, км

lf, км

1

65

60

64

62

58

52

1,5

2,75

4,25

2,5

2,25

9,0

1,0

2,5

0,75

2,0

2,75

5,0

2

35

31

33

34

28

24

2,5

2,5

5,0

2,5

2,5

10,0

2,5

3,0

3,25

5,0

7,75

10,0

3

110

103

109

104

98

93

3,0

2,0

5,0

2,0

3,0

10,0

1,5

2,5

3,5

4,5

5,5

6,5

4

225

220

225

224

215

210

8,3

6,0

14,0

4,0

6,0

24,0

3,5

4,0

4,5

5,0

6,0

11,0

5

12

10

13

9

7

4

0,5

1,25

1,75

2,25

3,0

7,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

12,0

6

44

40

45

41

38

35

0,7

0,8

1,5

0,9

1,6

4,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

7,0

7

58

55

59

54

51

48

1,7

1,8

3,5

1,9

2,6

8,0

2,0

1,2

2,4

3,1

7,5

5,2

8

73

70

75

76

68

64

2,2

3,2

5,4

1,3

3,3

10,0

2,2

3,3

1,1

4,4

5,5

6,6

9

89

85

90

87

82

80

5,7

6,3

11,0

4,6

5,4

21,0

1,25

3,25

4,5

1,3

5,6

8,0

10

95

92

97

94

90,5

87,5

2,5

3,5

6,0

2,2

1,8

10,0

0,75

0,84

2,75

3,48

5,58

6,95

11

68

63

67

66

61

55

2,48

3,12

5,6

3,45

5,55

14,6

0,83

4,51

2,13

6,17

5,64

6,0

12

151

148

153

152

145

140

3,25

1,75

5,0

2,17

2,83

10,0

1,23

4,56

2,34

3,45

5,67

6,78

13

45

41

44

46

38

35

2,12

3,88

6,0

2,0

2,0

10,0

5,13

5,79

2,46

8,46

6,82

4,28

14

135

132

135

133

130

125

5,12

5,88

11,0

3,0

2,0

16,0

1,24

1,25

1,26

1,27

1,28

1,29

15

146

143

145

144

140,5

138

0,79

1,21

2,0

1,5

1,5

5,0

3,12

3,14

3,69

3,58

3,47

3,25


1   2   3   4   5   6   7   8

Схожі:

Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах iconМіністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства програма та робоча програма навчальної дисципліни «інженерна гідравліка»
Програма та робоча програма навчальної дисципліни «Інженерна гідравліка» (для студентів 3 курсу денної І заочної форм навчання напряму...
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах iconГ. Д. Галкіна інженерна графіка конспект
Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах iconГ. Д. Галкіна нарисна геометрія, інженерна та машинна графіка конспект
Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах icon«інженерна графіка» для слухачів другої вищої освіти напряму підготовки 092202 – «Електротранспорт»
Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни харківська національна академія міського господарства
Технічна механіка рідини І газу" (для слухачів другої вищої освіти спеціальності 06010101 "Промислове І цивільне будівництво")
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах iconМіністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства В. В. Масловський Програма та робоча програма навчальної дисципліни «Спецкурс за напрямом профілізації»
Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах iconМіністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства В. В. Масловський Програма та робоча програма навчальної дисципліни «Спецкурс за напрямом спеціалізації»
Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни харківська національна академія міського господарства
Технічна механіка рідини І газу" (для студентів 2 курсу денної форми навчання напряму підготовки 170202 "Охорона праці" (опр))
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни харківська національна академія міського господарства
Технічна механіка рідини І газу" (для студентів 2 курсу денної форми навчання напряму підготовки 170202 "Охорона праці" (опр))
Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства інженерна гідравліка. Рух рідини у відкритих руслах icon«Інженерна та комп’ютерна графіка» для студентів 1 курсу заочної форми навчання напряму підготовки 070101 – «Транспортні системи»
Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи