Движение жидкости. Закон движения жидкости в закрытых водостоках. Уравнение Бернулли.

 

Закон (уравнение) Бернулли является (в простейших случаях^[1][2][3][4]) следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:

Здесь ρ {\displaystyle \rho } — плотность жидкости,

v {\displaystyle v} — скорость потока,

h {\displaystyle h} — высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,

p {\displaystyle p} — давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,

g {\displaystyle g} — ускорение свободного падения.

Уравнение Бернулли также может быть выведено как следствие уравнения Эйлера, выражающего баланс импульса для движущейся жидкости^[5].

В научной литературе закон Бернулли, как правило, называется уравнением Бернулли ^[6] (не следует путать с дифференциальным уравнением Бернулли), теоремой Бернулли ^[7][8] или интегралом Бернулли ^[5][9].

Константа в правой части часто называется полным давлением и зависит, в общем случае, от линии тока.

Размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости. Первое и второе слагаемое в интеграле Бернулли имеют смысл кинетической и потенциальной энергии, приходящейся на единицу объёма жидкости. Следует обратить внимание на то, что третье слагаемое по своему происхождению является работой сил давления (см. приводимый в приложении вывод уравнения Бернулли) и не представляет собой запаса какого-либо специального вида энергии («энергии давления»^[10]).

Соотношение, близкое^[11] к приведенному выше, было получено в 1738 годуДаниилом Бернулли, с именем которого обычно связывают интеграл Бернулли. В современном виде интеграл был получен Иоганном Бернулли около 1740 года.

Для горизонтальной трубы высота h {\displaystyle h} постоянна и уравнение Бернулли принимает вид: ρ v 2 2 + p = c o n s t {\displaystyle {\tfrac {\rho v^{2}}{2}}+p=\mathrm {const} }

Эта форма уравнения Бернулли может быть получена путём интегрирования уравнения Эйлера для стационарного одномерного потока жидкости, при постоянной плотности ρ {\displaystyle \rho }

 

Согласно закону Бернулли, полное давление в установившемся потоке жидкости остается постоянным вдоль этого потока.

18. Лиманное орошение. Типы лиманов. Преимущества и недостатки

 

На пути стока талых вод устраивают земляные валы или дамбы, за которыми обра­зуются затопленные водой участки суши, называемые ли­манами. Траншеи (резервы). Резервы могут достигать глубины 0,6-1,0 м, располагаясь с внутренней или наружной стороны Л.

При необходимости осушения территории лиманов ре­зерв, располагаясь с внутренней стороны, служит осуши­тельным каналом. Если осушение не требуется, резерв может располагаться с наружной стороны.

Виды Л. При лиманном орошении в основном используют воды местного стока.

На участках с большими водосборами при значитель­ных уклонах, создают ярусные Л.

При создании системы Л., расположенных вниз по склону, расстояние между дамбами (валами) в зависи­мости от уклона поверхности определяют по формуле

B=(h₁-h₂)/i, В - ширина Л. (вдоль по уклону); i - уклон поверхности; h₁ - глубина воды в нижней части лимана; h₂ - минимальная глубина в верхней части Л.

По глубине заполнения Л. разделяют на мелко­водные (мелкого наполнения), со средней глубиной напол­нения до 0,3 м и глубоководные (глубокого наполнения) при глубине заполнения более 0,3 м.

Л. можно применять при орошении полезащит­ных полос, участков леса по склонам балок, при создании маточных плантаций по выращиванию ивовых, при выра­щивании трав.

Преимущества: простота устройства и малая стоимость; возможность орошения высоко расположенных участков без механического подъе­ма воды; возможность широкого применения для ороше­ния древесных насаждений. Недостатки: возможность только однократного оро­шения весной; неравномерность увлажнения по причине уменьшения глубины воды в лимане от дамбы к верхней части; изменение площади лиманов по годам в зависимо­сти от запасов снега и величины стока.

 

19. Формула Шези и ее практическое значение

 

где V - средняя скорость потока; R - гидравлический радиус; i - уклон поверхности воды или дна потока; С – ­скоростной коэффициент.

формула для определения средней скорости потока при установившемся равномерном турбулентном движении жидкости в области квадратичного сопротивления для случая безнапорного потока. Опубликована французским инженером-гидравликом А. Шези (AntoinedeChézy, 1718—1798) в 1769 году. Применяется для расчётов потоков в речных руслах и канализационых системах.

 

20. Изыскание при проектировании осушительных систем. Какие документы готовятся

при общих обследованиях и в результате окончательного проектирования.

 

Изыскания проводят с целью сбора необходимых данных для проектирования гидромелиоративных работ.

Для разработки технического или технорабочего про­екта осушения на объектах, отобранных по результатам общих мелиоративных обследований, проводят комплекс­ные изыскания. К ним относятся:

Топографо геодезические изыскания (ТГИ) проводят на плановой основе лесоустроительных планшетов. При ниве­лировании используют документы Управления геодезии и картографии и Руководство по осушению лесных земель.

Гидрологические и гидротехнические изыскания (Г и ГИ) сбор, обработка и анализ материалов на­блюдений гидрологических станций и постов с построени­ем графиков частоты и обеспеченности, с выявлением по картам границ водосборов, с определением типа водного питания, с оценкой состояния водотоков и характера озер. В результате составляют кривые расходов воды, определяют по фактическим наблюдениям или аналогу расчетные модули стока, плановое положе­ние водостоков и сооружений на них, составляют план регулируемого водоприемника, продольных и поперечных профилей водотоков, создают эскизы сооружений.

Лесоводственно-мелиоративные изыскания необходи­мы для уточнения планового положения гидромелиора­тивного фонда, оценки древостоя и лесоводственной эф­фективности на примере староосушительных объектов. Основой гидромелиоративных изысканий являются таксационные и лесоустроительные материалы.

Почвенно-грунтовые и гидрогеологические изыскания (ПГ и ГИ) проводят для изучения характера грунтов для определения проходимости землеройной техники и уста­новления устойчивости откосов каналов. При ПГ и ГИ определяют обеспеченность почвы питательными вещества­ми, устанавливают степень разложения и ботанический состав торфа.

При проекти­ровании используют следующие материалы: фотопланы М 1:5000-1:25000, контактные отпечатки аэроснимков такого же масштаба, фотосхемы, топографические карты. На карте располагают осушительную сеть и по запроекти­рованным трассам каналов проводят нивелировку, т. е, совмещают нивелировочные ходы с трассами каналов. В сложных условиях и при отсутствии аэрофотосъемки проектирование проводят в две стадии: составляют техниче­ский проект, а после утверждения — рабочие чертежи.

Итогом проектирования является проектно-сметная документация с пояснительной запиской. Оконча­тельным этапом проектирования являются вынос проекта в натуру и трассировка осушительной сети. В результате изыскания после составления проекта заказчику представ­ляют следующие документы: план участка М 1:10000 или 1:5000 с трассами каналов, с нанесением мест отбора почвенных образцов; планы регулируемых водоприемни­ков с нанесенными поперечниками, угловыми столбами, реперами и линиями спрямления М 1:2000-1:5000; про­дольные профили каналов с нанесением мест устройства еланей на участках с глубинами торфа более 1,5 м; доку­мент согласований проекта с организациями контроля.

 

21. Специальные способы орошения

 

Полив по бороздам. В зав-ти от механического состава почв, вида выращиваемых культур и уклона мест­ности применяют борозды проточного и непроточного типа различной глубины.

Увлажнение почвы достига­ется тем, что вода, подаваемая в борозды, фильтруется через дно и откосы борозд.

Полив можно производить по непроточным (тупым) и проточным бороздам. Полив по тупым бороздам обычно применяют на участках с уклоном (вдоль борозд) 0,01­-0,002, проводя его без сброса воды в концах борозд или со сбросом.

Поливную сеть при поливе по бороздам. Вода из магистрального или распре­делительного канала поступает в оросители. На орошаемые участки вода отводится выводными борозда­ми. Вода из выводных борозд в поливные может поступать из вспомогательных (распределительных) борозд, через сифоны или трубки непосредственно из вы­водных борозд или специальных трубопроводов с отвер­стиями против каждой поливной борозды. Мелкодисперсное дождевание С пециальные установки в виде системы труб созда­ются мельчайшие капли воды в виде тумана, насыщаю­щие влагой воздух.

Синхронно-импульсное дождевание снабжает растения водой по мере ее потребления. Время подачи воды определяется специальными датчиками, передающи­ми сигналы о влагозапасах почвы на пульт автоматическо­го управления.

Капельное орошение Вода малыми дозами подается в зону корней растений по мере необходимости. К растениям вода поступает по трубопроводам в специаль­ные капельницы. Капельницы размещают в почве, на поверхности почвы или выше поверхности.

 

22. Гидравлические характеристики потока. Гидравлические сопротивления и потеря напора

 

Хар-ки потока:

Живое сечение – поперечное сечение потока, направленное перпендикулярно его движению.

Смоченный периметр – линия, направленная перпендикулярно потоку, по которой он соприкасается с руслом (дном реки, дном и стенками искусственных русел).

Гидравлический радиус – отношение живого сечения к смоченному периметру:

 

При напорном движении в круглой трубе гидр.радиус равен четверти диаметра трубы.

Гидр сопротивл и потери напора.

При движении жидкости в реках, каналах, лотках, трубах и тому подобном происходят затраты энергии по­тока на преодоление сопротивлений движению, что вызывает потери напора, возникающие при движении жидкости. Гидравлическое сопротивление делят на два вида: сопротивления по длине потока и местные со­противления. Сопр по длине потока обусловли­ваются силами трения о дно и стенки русла и зависят от длины потока и шероховатости русла. Местные сопр вызываются местными препятствиями течению воды (поворотом русла, резким его расширением или су­жением и др.). В соответствии с видами потерь напора выделяются два вида сопр: по длине потока hдл и местные h_M•