Введение
1. Критический анализ состояния изучаемого вопроса 9
1.1. Объект исследования. Основные параметры двухмерного в плане открытого водного потока 9
1.2. Обоснование задачи и места исследований в работе 12
1.3. Критический анализ существующих методов решения задач плановой гидравлики открытых потоков 22
1.4. Критическая характеристика комплексных методов решения задач по течению двухмерных плановых потоков 23
1.5. Цель и задачи исследований 30
2. Особенности математического моделирования течения двухмерных в плане открытых водных потоков на современном этапе 33
2.1. Основные понятия методологии исследований 33
2.2. Взаимосвязь отдельных элементов системы моделирования объекта в общем развитии математического моделированиянауки и техники 36
2.3. Схема метода моделирования, используемого в настоящей работе 37
2.4. Исходные ограничения в базовом варианте 38
2.5. Вывод системы базовых уравнений движения водного потока и получение её регулярных решений 39
2.5.1. Двухмерные уравнения гидродинамики в естественных координатах 39
2.5.2. Вывод системы уравнений двухмерных в плане потенциальных стационарных потоков без учета сил сопротивления потоку для случая русла с горизонтальным дном 42
2.5.3. Приведение системы плановых уравнений в плоскости годографа скорости к безразмерному виду . 46
2.5.4. Методы анализа спектра регулярных аналитических решений системы плановых потоков в плоскости годографа скорости 48
Выводы по главе 2 53
3. Упрощенное решение задачи свободного растекания бурного потока за водопропускными трубами прямоугольного сечения в широкое горизонтальное отводящее русло 56
3.1. Замечания по методу, выбранному за основу 56
3.2. Идея сопряжения пространственного и двухмерного в плане потоков 57
3.3. Выбор наиболее подходящей конструкции из спектра решений
в плоскости годографа скорости 59
3.4. Сопряжение пространственного и двухмерного в плане потоков 61
3.5. Определение параметров потока вдоль его продольной оси симметрии 63
3.6. Вывод уравнения крайней линии тока и определение параметров ги в в произвольной ее точке 64
3.7. Определение параметров потока тм, 0м в произвольной точке потока Ми координат этой точки хм, ум 66
3.8. Вывод формулы для определения предельного расширения потока 69
3.9. Общая идея метода решения задач по течению двухмерных в плане открытых водных потоков в плоскости годографа скорости 76
3.9.1. Краткие сведения из теории бурных двухмерных в плане открытых стационарных потенциальных течений водного потока 76
3.9.2. Классификация задач по течению двухмерных в плане открытых водных потоков и методы их решения 80
Выводы по главе 3 84
4. Разработка программ для построения линий тока 86
4.1. Описание программ 86
4.2. Ввод исходных данных и определение постоянных 86
4.3. Построение теоретической крайней линии тока 90
4.4. Построение произвольной линии тока и определение параметров в любой точке потока 93
4.4.1. Построение начальной эквипотенциали 93
4.4.2. Построение точек на оси симметрии потока 97
4.4.3. Построение произвольных точек 98
4.5. Оценка адекватности модели 103
4.5.1. Адекватность получаемых геометрических параметров реальному процессу 104
Выводы по главе 4 122
5. Выявление основных свойств свободного растекания потока за трубами прямоугольного сечения в безнапорном и полунапорном режимах его истечения из трубы 124
5.1. Геометрия крайней линии тока и распределение глубин и скоростей вдоль крайней линии тока при разных числах Фруда. 124
5.2. Распределение глубин и скоростей вдоль оси симметрии потока при разных числах Фруда 133
5.3. Геометрия и распределение глубин и скоростей вдоль крайней линии тока при одинаковых числах Фруда 138
5.4. Распределение глубин и скоростей вдоль оси симметрии потока при одинаковых числах Фруда 146
5.5. Распределение относительных глубин по живому сечению
потока (вдоль эквипотенциалей) в зависимости от чисел Фруда 152
Выводы по главе 5 157
6. Учет сил сопротивления потоку в модели и экспериментальные исследования 158
6.1. Идея метода и основные уравнения 158
6.2. Замыкание системы уравнений движения потока и ее решение.. 160
6.3. Оценка адекватности модели и влияния сил сопротивления потоку на этапе растекания потока в области увеличения скоростей потока и уменьшения его глубин 161
6.4. Экспериментальные исследования по свободному растеканию двухмерных бурных потоков воды при их полунапорном или безнапорном истечении из прямоугольной трубы в широкое отводящее русло 172
6.5. Сравнение результатов модели и эксперимента по параметрам потока на оси симметрии 174
6.6. Оценка экономического эффекта от повышения точности расчёта параметров водного потока в сооружениях дорожного водоотвода 196
6.6.1. Расчёт экономического эффекта от внедрения результатов научно-исследовательской работы 197
Выводы по главе 6 199
Заключение 200
Литература 203
