Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Аэрация потока в водопропускных сооружениях

Аэрация потока заключается в насыщении его пузырьками воздуха, в результате чего по отдельным частям сооружения движется уже не вода, а водовоздушная смесь (рис. 4.12). Аэрация развивается как с поверхности потока вследствие захвата им воздуха, так и внутри него в результате выделения газов, растворенных в воде, поступающей из водохранилища.


Параметры аэрированных потоков необходимо уметь прогнозировать по трем основным причинам:

аэрация существенным образом влияет на глубину потока, что следует учитывать при назначении высоты стенок водопропускных сооружений, выборе отметок мостов, пересекающих водосбросной тракт, установлении отметок свода безнапорных трубчатых участков;

с развитием процесса аэрации изменяются упругие свойства воды, что приводит к изменению динамического воздействия потока на его границы;

аэрация изменяет турбулентные характеристики потока, что отражается на эффективности гашения энергии потока в концевых частях сооружений.

Процесс аэрации потока начинается с некоторого его сечения, в котором средняя скорость v больше или равна критической скорости начала аэрации. Для условий натурных сооружений значение оКр можно определить по следующей зависимости (Т. Г. Войнич- Сяноженцкий):


Требующуюся высоту боковых стенок (см. рис. 4.12) в каком-либо сечении аэрированного потока приближенно можно определить до зависимости:


Расчет рекомендуется проводить для нескольких расходов воды и принимать наибольшее значение.

С явлением аэрации приходится сталкиваться и в закрытых водопропускных сооружениях. При их работе в напорном режиме воздух поступает в воду через аэрационные шахты — воздуховоды. Если закрытое сооружение работает в безнапорном режиме, воздух поступает в воду частично через воздуховоды, а частично со стороны нижнего бьефа через не заполненную потоком верхнюю часть галерей. При недостаточном возмещении расхода воздуха, транспортируемого аэрированным потоком, соответствующим подводом его в галереи безнапорный режим течения в них нарушается — он может стать неустойчивым — переходным или напорным.

Транспортирование воздуха аэрированным потоком обусловливается следующими явлениями: движением воздуха над свободной поверхностью высокоскоростного водного потока; захватом воздуха потоком через границу контакта воды и воздуха, то есть самоаэрацией водного потока; естественной тягой воздуха, вызываемой разницей давлений и температуры воздуха на входе и выходе из аэрацион- ной шахты; захватом воздуха локальными возмущениями потока — гидравлическим прыжком, веерным разбрызгиванием потока за затворами, струей за различного рода уступами и т. д.

Основная цель подачи воздуха в головную часть закрытого водосброса, работающего в напорном режиме,— уменьшение вакуума за затворами, а также снижение гидродинамических нагрузок со стороны потока на элементы сооружения вследствие проявления сжимаемости потока после его аэрации, Положительное действие оказывает аэрация и при возникновении кавитационных явлений (см. гл. 4.3).

Пропускную способность воздуховодов можно определить по формуле:


При установлении возможности са- моаэрации потока в галереях необходимо увеличить пропускную способность аэрационных шахт с учетом дополнительного расхода воздуха Qa на самоаэрацию, предварительно определяемого по формуле Н. Б. Исаченко;


Исходя из условий соблюдения техники безопасности не разрешается: допускать в воздуховодах скорость движения воздуха больше 60 м/с; осуществлять забор воздуха в воздуховоды из рабочих помещений; допускать работу воздуховодов, не оборудованных решетками и ограждениями на входе в них.

Количество воздуха, захватываемого гидравлическим прыжком, можно установить по формуле:


При числе Фруда для потока в закрытом водопропускном сооружении Fr<5 расчеты безнапорного режима можно выполнять и без учета влияния воздуха.

Гидротехнические сооружения/Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков и др.; Под ред. Н.П. Розанова. — М.: Агропромиздат, 1985. — 432 с.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики