Поплавський, Д. М. (2021) УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ КНОЇДАЛЬНИХ ХВИЛЬ З ВРАХУВАННЯМ НЕГІДРОСТАТИКИ У ПОЧАТКОВОМУ ПЕРЕРІЗІ ТА ЗАТУХАННЯ ХВИЛЬ ПО ДОВЖИНІ. [Автореферати, дисертації] (Неопублікований)

Text Дисертація_Поплавський_final.zax.pdf Download(4MB)

Анотація

Поплавський Д. М. Удосконалення методів розрахунку параметрів кноїдальних хвиль з врахуванням негідростатики у початковому перерізі та затухання хвиль по довжині. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.23.16 – Гідравліка та інженерна гідрологія. – Національний університет водного господарства та природокористування, Рівне, 2021. Під час роботи гідротехнічних споруд за певних умов утворюються різноманітні хвильові явища, викликані дією певних сил. Серед таких явищ можна виділити хвилеподібні білякритичні течії. В гідротехнічній практиці серед різних типів цих течій досить часто зустрічаються кноїдальні хвилі. З практичної точки зору знання основних характеристик цього явища потрібне для надійного управління потоками. Це необхідно для прийняття планових і висотних розмірів відповідних елементів гідротехнічних споруд, визначення відміток низу прогінних балок мостів, верха биків, стоянів, бокових стінок водоскидів, встановлення висотного положення бровок каналів, визначення висоти безнапірних гідротехнічних тунелів, водоводів, галерей, труб різноманітного призначення тощо. Невизначеність умов існування кноїдальних хвиль є причиною того, що можливість виникнення таких хвиль іноді не береться до уваги в процесі проектування різноманітних споруд. Методики розрахунків кноїдальних хвиль, що використовуються на сьогодні, ще недосконалі, не враховують усіх визначальних факторів, головними з яких є неврахування у явному вигляді негідростатичного розподілу тиску у початковому перерізі, втрат енергії та затухання хвиль по довжині розглядуваного явища. Через це проектні рішення, пов’язані з такими хвилями, досить часто виявляються далекими від оптимальних. Внаслідок цього трапляються випадки руйнувань та аварій споруд, що працюють в умовах утворення кноїдальних хвиль. Так, тяжкі руйнування водобою спостерігалися на водозливній греблі Вако (Техас, США), був підмитий флютбет гребель Крішна і Сарда (Індія), через що остання була зруйнована повністю. Істотні руйнування кріплення нижнього б’єфу та розмиви відвідного русла спостерігалися за регулюючими спорудами осушувальних систем річок Ірпінь, Здвиж, Остер, Іква (Україна). Під час математичного моделювання кноїдальних хвиль основною проблемою постає побудова профілю вільної поверхні. Для опису профілю вільної поверхні наведеного явища використовуються розв’язки диференціального рівняння Кортевега-де Фріса. Такі розв’язки записуються за допомогою еліптичної функції Якобі амплітуди косинуса �� (�). Під час проведення математичного моделювання задача розрахунків зводиться до визначення основних параметрів кноїдальних хвиль – профілю вільної поверхні, максимальної та другої спряженої глибин, довжини хвилі. Наведені параметри необхідно визначати під час проектування різних типів гідротехнічних споруд, в межах яких утворюються кноїдальні хвилі. Дослідженням кноїдальних хвиль займалися такі вчені, як Д.Й. Кортевег, Г. де Фріс, Г.Х. Келеган, Г.В. Патерсон, Дж. Б. Келлер, М.О. Лаврентьєв, В.В. Смислов, О.О. Турсунов, С.М. Слісський, О.А. Рябенко, Р.Л. Вігель, Дж.П. Фентон, Ф. Серр, A.M. Бінні, Дж.С. Оркней, П.О. Девіс, Г. Ламб, В.Х. Хагер, Р. Рікуа, X. Ракт-Мадукс, В. Літтман, Й. Іваса, Дж. М. Уільямс, Ю. Цучія, Т. Ясуда, Дж. Уізем, М. Хаятдавуді, Б. Сейферт, Р.Ч. Эртекін, Х. Шансон, О. Кастро-Оргаз, В.Г. Вереземський, Х. Чен та інші. У своїх роботах вказані вчені описують умови існування, випадки утворення кноїдальних хвиль та наводять теоретичні залежності для визначення основних параметрів наведеного явища. В дисертаційній роботі висвітлено умови існування та випадки утворення кноїдальних хвиль; здійснено детальний аналіз існуючих методів побудови профілю вільної поверхні вказаного явища; проведено лабораторні дослідження основних параметрів наведених хвиль, визначені експериментальні профілі вільної поверхні та п’єзометричні лінії; досліджено кінематичну та динамічну структури потоку в характерних перерізах; запропоновано математичний алгоритм розрахунку профілю вільної поверхні кноїдальних хвиль з врахуванням негідростатики в початковому перерізі та експоненційного ступеня затухання хвиль; використовуючи результати натурних досліджень, розроблені рекомендації щодо розрахунку основних параметрів кноїдальних хвиль, що виникають у нижньому б’єфі Мигіївської ГЕС в натурному (при роботі двох агрегатів) та проектному (після реконструкції, при умові роботи трьох агрегатів) режимах. Наукову новизну дисертації визначають положення, отримані як результат власних досліджень Поплавського Д. М.: - встановлено, що по довжині кноїдальних хвиль існує відхилення від гідростатичного розподілу тиску, крім перерізів з другою спряженою глибиною; - уточнено границі існування кноїдальних хвиль, при чому чітко встановлено їх існування при числах Фруда в початковому перерізі менших, рівних та більших одиниці (�� ⋛ 1); - запропоновано методику розрахунку профілю вільної поверхні кноїдальних хвиль з врахуванням негідростатики в початковому перерізі та затухання хвиль по довжині, що базується на розв’язку диференціального рівняння вимушених затухаючих коливань. Розроблені рекомендації для розрахунку профілю вільної поверхні кноїдальних хвиль з врахуванням негідростатики у їх початковому перерізі та затухання хвиль по довжині. Основною перевагою, у порівнянні з іншими існуючими методами, є встановлення довжини утворення явища кноїдальних хвиль вцілому, що необхідно для визначення загальної довжини кріплення русел. Наведені в дисертаційній роботі положення та висновки можуть використовуватися під час проектування, будівництва та експлуатації різних типів гідротехнічних та гідроенергетичних споруд, в межах яких формуються кноїдальні хвилі, що дозволить підвищити надійність наведених об’єктів. Основні положення використаних теоретичних, практичних та експериментальних досліджень пройшли належну апробацію, були зроблені доповіді на наступних науково-технічній конференції НУВГП «Сучасні проблеми гідроенергетичного та теплоенергетичного будівництва в Україні» (м. Рівне, 2012-2020 р.), міжнародній конференції «Strategy of Quality in Industry and Education» (м. Варна, Болгарія, 2014), міжнародній інтернет – конференції «Сучасні тенденції розвитку промисловості» (м. Хмельницький, 2014 р.), міжнародній науково-практичній конференції «Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії як альтернативні первинним джерелами енергії в регіоні» (м. Львів, 2015 р., 2017 р.), міжнародній науково-практичній конференції «Ресурси природних вод карпатського регіону» (м. Львів, 2016 р.), міжнародній науково-практичній конференції «Шляхи розвитку гідроенергетики, як основи для збільшення можливостей регулювання потужності генерації в ОЕС та потенціалу відновлювальної енергетики Україна» (м.Київ, 2015 р., 2017 р.), міжнародній науковій конференції «Current Issues of Civil and Environmental Engineering» (м. Кошице, Словаччина, 2017 р.), всеукраїнській науково-практичній конференції «Водогосподарсько-енергетичий комплекс України: перспективи та шляхи його розвитку» (м. Рівне, 2018 р.).

Перегляд елементу

Завантажень