Исследование влияния на речной поток отклоняющей силы вращения Земли.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Из теоретической механики известно, что всякое тело, движущееся по поверхности земли с некоторой скоростью, испытывает ускорение, называемое кориолисовым, горизонтальная составляющая которого равна:

k = 2 m w v sin φ , (4.24)

где φ - широта места;

w - угловая скорость вращения Земли;

v - скорость движения тела.

Это ускорение, умноженное на массу тела m, дает силу, называемую силой Кориолиса:

К = 2w v sin φ (4.25)

В северном полушарии сила Кориолиса направлена вправо под прямым углом к движению тела, а в южном - влево. Под ее действием в реках северного полушария частицы воды отклоняются к правому берегу и создают превышение уровня воды у правого берега по сравнению с левым, а в южном наоборот. Это, в свою очередь, приводит к возникновению в северном полушарии поперечной циркуляции с направлением поверхностных слоев воды к правому берегу, а донных к левому. Совместно с продольным течением жидкости поперечная циркуляция образует в потоке спиралеобразное движение. В северном полушарии циркуляция направлена по часовой стрелке, если смотреть по течению, и осуществляется как на прямолинейных участках русла, так и на поворотах. На поворотах русла влево она складывается с циркуляцией, вызываемой центробежной силой, а на поворотах вправо она уничтожается, ослабляя действие более мощной циркуляции, имеющей противоположное вращение и возникающей под действием центробежной силы.

Рассматриваемая поперечная циркуляция наиболее интенсивно проявляется на больших реках в период половодья, так как и скорости течения и масса воды в этот период наибольшие.

Поверхность воды на прямолинейном участке потока устанавливается нормально к равнодействующей силы Кориолиса и силы тяжести. Аналогично вышеуказанному определению поперечного уклона на закруглении русла получим следующее выражение для поперечного уклона;

I_к=k/g (4.26)

Угловая скорость вращения Земли, выраженная в радианах в секунду равна:

w = 2п/(24 * 3600) = 0, 0000728 рад / с (4.27)

Подставляя это выражение в формулу (4.24), получим:

k = 0, 0001456 v sin φ (4.28)

Тогда формула для поперечного уклона будет иметь вид:

I_к=(0, 0001456 v sin φ )/g

I_к=(0.0001456*0, 48*sin63) / 9.8=0, 0000063

∆ H=0, 00189

Для определения поперечной составляющей V скорости (на вертикали), возникающей под действием силы Кориолиса, К.И. Российский и И.А. Кузьмин предложили следующую формулу:

Vк=(2.65 w h C² sinф)(y₁/h)^0/15 *((y₁/h)^0/65-0.89), м/с. (4.30)

Vк^пов.=(2.65*0.0000728* 1, 8*40² sin63⁰) *1^0.15* (1^0.65-0.89)= 0.05 м/с

Vк^0.8=0, 49*0.8^0.15* (0.8^0.65-0.89)= -0.01 м/с

Vк^0.6=0, 49*0.6^0.15* (0.6^0.65-0.89)= -0.087 м/с

Vк^0.4=0, 49*0.4^0.15* (0.4^0.65-0.89)= -0.14 м/с

Vк^0.2=0, 49*0.2^0.15* (0.2^0.65-0.89)= -0.21 м/с

Vк^дно.= 0, 49*0, 02^0.15* (0, 02^0.65-0.89)= -0.22 м/с

где С - коэффициент Шези;

Порядок расчета:

1)определить поперечный уклон;

2)определить превышение уровня воды у правого берега над левым;

3)определить по формуле (4.30) скорости поперечной циркуляции, возникающей под действием силы Кориолиса;

4)построить эпюру поперечных скоростей и сравнить со значениями поперечных скоростей, полученными в предыдущем задании параграфа;

5) построить суммарную эпюру поперечной циркуляции (от действия сил центробежной и Кориолиса) (рис. 4.4).

Вывод: Т.к. центробежная сила и сила Кориолиса направлены в противоположные стороны, то при построении суммарной эпюры поперечной циркуляции они вычитаются.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ВОДЫ И РАСХОДА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ РУСЛА

Для верхнего сечения исследуемого участка определяется расход воды и расход взвешенных наносов аналитическим методом.

Вычисление расхода воды аналитическим методом

Порядок выполнения работы.

1) Вычисляются скорости течения воды в каждой из пяти точек на пяти скоростных вертикалях и определяются средние скорости на каждой вертикали.

Вычисления проводятся по расчётной табл. 5.1.

Графы 1, 2, 3 заполняются для выбранного поперечного сечения русла по плану участка, графы 5 и 6 – заполняются по данным из приложения. Делением суммы оборотов лопасти вертушки (графа 5) на время измерения (графа 6) определяется число оборотов лопасти в 1 секунду " п" (графа 7). Затем вычисляются скорости во всех точках на вертикалях по уравнению вертушки:

v=a+b*n, м/c (5.1)

где n - число оборотов в 1 секунду,

а и b - коэффициенты уравнения вертушки (см. приложение). Средняя скорость на каждой вертикали (графа 10) вычисляется по формуле:

Vср=0.1(Vпов+3V_0.2+3V_0/6+3V_0/8+Vдно) (5.2)

2) Производится аналитическое вычисление расхода воды и площади живого сечения по табл. 5.2.

Сначала для каждого элемента живого сечения между вертикалями определяют среднюю глубину (h ) (графа 4), как полу сумму глубин на смежных вертикалях (h). Затем определяются площади сечений (w.) (графа 6) между вертикалями умножением средних глубин (h; ) на расстояния между смежными вертикалями (Ь) (графа 5). Эти расстояния определяются разностью расстояний (1) от постоянного начала для двух смежных вертикалей (графа 2):

Таблица 5.1 – Вычисление скоростей в точках живого сечения

№ Вер-тика-ли Расстояние от пост. начала, м Глуби-на верти-кали, м Точка измер. на вертик. Сум-марное число оборот Время измер. в точке сек. Число Оборо-тов. в 1 сек. об/с Скорос течен. в точке м/с Средняя скор.течен.на вертик. м/с

1, 0 Поверх. 0.2 0.6 0.8 дно 0.73 0.71 0.68 0.40 0.41 0.58 0.56 0.54 0.33 0.34 0.49

2, 9 Поверх. 0.2 0.6 0.8 Дно 1.02 1.02 0.92 0.79 0.59 0.79 0.79 0.72 0.62 0.47 0.70

437, 5 1, 0 Поверх. 0.2 0.6 0.8 дно 0.89 0.95 0.92 0.74 0.50 0.70 0.74 0.72 0.58 0.41 0, 66

Таблица 5.2 – Вычисление расходов воды аналитическим способом

№ вертикали Расстоян от постоян. начала, м Глубина на вертикали, м Площад сечения между вертика м² Средн. скор. на вертикали м/с Средняя скорость между вертикалями м/с Расход между вертикалями м³/с

Ур.лев берега 12, 5 0.34 4, 25

1, 0 0.49 0.60 146, 4

2, 9 0.70 0.52 296, 20

437, 5 1, 0 12, 5 0.66 0.39 7, 12

Ур. пр. бер. W=835, 5 Q=453, 97

h_ср = W / B = 835, 5/ 475 = 1, 75м

Vср = Q / W = 453, 97/ 835, 5=0, 54 м/с

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒
Поделиться:

Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 185; Нарушение авторского права страницы