ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА

Раздел
Методы, модели и технологии
  • А.Ю. Виноградов ООО НПО «Гидротехпроект», г. Валдай, Россия; Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет, г. Санкт-Петербург, Россия
  • М.М. Кадацкая ООО НПО «Гидротехпроект», г. Валдай, Россия https://orcid.org/0000-0002-5979-0970
Ключевые слова: параметр Кармана, коэффициент турбулентного обмена (вязкости), число Рейнольдса, коэффициент гидравлического трения, эпюра распределения скоростей, турбулентный режим
(+) Аннотация

В статье рассмотрены различные подходы к оценке физической сущности параметра Т. Кармана, характеризующего распределение скорости потока по вертикали. С одной стороны, параметр Т. Кармана является коэффициентом пропорциональности между длиной пути перемешивания и глубиной, с другой – характеризует угол наклона вертикального профиля скорости. Считается, что данный параметр является универсальным, то есть константой при условии, что осредненное распределение скоростей является постоянным. Однако, в зависимости от того, каким образом мы определяем величину данного параметра, различие в его значениях доходят до 2 порядков.

Рассмотрены два способа оценки параметра Т. Кармана. В первом случае параметр определяется на основе прямых измерений максимальной и средней скоростей движения потока, глубины и уклона водной поверхности на конкретном участке. Распространение полученного значения на другие створы приведет к ошибкам.

Во втором случае параметр определяется как функция коэффициента гидравлического трения. Авторами показано, что параметр Т. Кармана является функцией коэффициента турбулентного обмена (вязкости) и опосредованно является функцией глубины потока. В результате расчетов показано, что в придонной части значения параметра Т. Кармана максимальны.

Дополнительно в статье предложен новый вариант расчета параметра Т. Кармана через величину касательного напряжения для турбулентного потока.

Сделан вывод, что поскольку для скоростей <1 м/с при изменении значений параметра Т. Кармана от 0,27 до 0,38 изменения максимальной скорости не превышают 3%, что укладывается в погрешность измерений скорости вертушкой, то практически оценить величину параметра Т. Кармана на основании измеренных скоростей для равнинных рек даже при множественных измерениях стандартным гидрометрическим оборудованием невозможно.

 

Литература

Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 454 с.

Большаков В.А., Константинов Ю.М., Попов В.Н. Справочник по гидравлике. К.: Вища школа, 1977. 280 с.

Виноградов А.Ю., Кадацкая М.М., Бирман А.Р., Виноградова Т.А., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бачериков И.В., Коваленко Т.В., Хвалев С.В., Парфенов Е.А. Расчёт неразмывающих скоростей водного потока на высоте верхней границы пограничного слоя // Resources and Technology. 2019. Т. 16. № 3. С. 44-61. DOI: 10.15393/j2.art.2019.4782

Гольдштик М.А., Кутателадзе С.С. Вычисление константы пристенной турбулентности // Доклады академии наук СССР. 1969. Т. 185. № 3.
С. 535-537.

Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с.

Дейли Дж., Харлеман Д. Механика жидкости / Пер. с англ. под ред. О.Ф. Васильева. М.: Энергия, 1971. 480 с.

Железняков Г.В. Пропускная способность русел каналов и рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 308 с.

Железняков Г.В. Теория гидрометрии / 2-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 344 с.

Лаптев А.Г., Фарахов Т.М. Математические модели и расчет гидродинамических характеристик пограничного слоя [Электронный ресурс] // Научный журнал КубГАУ. 2012. №82(08). URL: http://ej.kubagro.ru/2012/08/pdf/52.pdf (дата обращения: 13.04.2019)

Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика: в 2 т. Т. 1. Механика турбулентности. М.: Наука, 1965. 639 с.

Гидротехнические сооружения / Под общ. ред. В.П. Недрига. М.: Стройиздат, 1983. 543 с.

Одишария Г.Э., Точигин А.А. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. М.: Всерос. НИИ природ. газов и газовых технологий; Иваново: Иванов. гос. энергет. ун-т, 1998. 397 с.

Скребков Г.П., Федоров Н.А. Интегральная и локальная величины коэффициентов турбулентного профиля скорости // Вестник МГСУ. 2013. №4. С. 201-208. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.4.201-208

Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с нем. Г.А. Вольперта; под ред. Л.Г. Лойцянского. М.: Наука, 1974. 713 с.

Штеренлихт Д.В. Гидравлика: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984. 640 с.

Akinlade O.G., Bergstrom D.J. Effect of surface roughness on the coefficients of a power law for the mean velocity in a turbulent boundary layer // Journal of Turbulence. 2007. V. 8. Art. N18. DOI: 10.1080/14685240701317245

Hall C.W. Laws and Models: Science, Engineering and Technology. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000. 535 p.

Jiménez J., Hoyas S., Simens M.P., Mizuno Y. Turbulent boundary layers and channels at moderate Reynolds numbers // Journal of Fluid Mechanics. 2010. V. 657. P. 335-360. DOI: 10.1017/S0022112010001370

(+) Об авторе(ах)

А.Ю. Виноградов,
ООО НПО «Гидротехпроект», г. Валдай, Россия; Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет, г. Санкт-Петербург, Россия

E-mail: gd@npogtp.ru
eLibrary (РИНЦ) SPIN-код: 3692-8409
Scopus ID: 56909443300
ORCID iD: 0000-0001-6834-2507
Почтовый адрес:
175400 Валдай Новгородской области, ул. Октябрьская д. 55А
Контактный телефон для связи с авторами статьи: +7 909 592-39-78, +7 968 185-24-47

М.М. Кадацкая,
ООО НПО «Гидротехпроект», г. Валдай, Россия

E-mail: mk@npogtp.ru
eLibrary (РИНЦ) SPIN-код: 6624-6450
Scopus ID:
ORCID iD: 0000-0002-5979-0970
Почтовый адрес:
175400 Валдай Новгородской области, ул. Октябрьская д. 55А
Контактный телефон для связи с авторами статьи: +7 909 592-39-78, +7 968 185-24-47

(+) Литература

Akinlade O.G., Bergstrom D.J. Effect of surface roughness on the coefficients of a power law for the mean velocity in a turbulent boundary layer. Journal of Turbulence. 2007. V. 8. Art. N18. DOI: 10.1080/14685240701317245

Baryshnikov N.B., Popov I.V. Dinamika ruslovykh potokov i ruslovye protsessy [The dynamics of channel flows and channel processes]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1988. 454 p. (In Russian).

Bol'shakov V.A., Konstantinov Yu.M., Popov V.N. Spravochnik po gidravlike [Handbook of hydraulics]. Kiev, Publ. Vishcha shkola, 1977. 280 p. (In Rus-sian).

Daily J.W., Harleman D.R.F. Fluid dynamics. Addi-son Wesley, Reading, Mass., 454 p. (Russ. ed.: Deili Dzh., Kharleman D. Mekhanika zhidkosti. Mos-cow, Publ. Energiya, 1971. 480 p.)

Gidrotekhnicheskie sooruzheniya [Waterworks]. Mos-cow, Publ. Stroiizdat, 1983. 543 p. (In Russian).

Gol'dshtik M.A., Kutateladze S.S. Vychislenie kon-stanty pristennoi turbulentnosti [Calculation of the constant wall turbulence]. Doklady akademii nauk SSSR [Reports of the USSR Academy of Sciences], 1969, t. 185, no 3, pp. 535-537. (In Russian).

Grishanin K.V. Dinamika ruslovykh potokov [The dynamics of channel flows]. Leningrad, Publ. Gidro-meteoizdat, 1969. 428 p. (In Russian).

Hall C.W. Laws and Models: Science, Engineering and Technology. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000. 535 p.

Jiménez J., Hoyas S., Simens M.P., Mizuno Y. Turbu-lent boundary layers and channels at moderate Reyn-olds numbers. Journal of Fluid Mechanics. 2010. V. 657. P. 335-360. DOI: 10.1017/S0022112010001370

Laptev A.G., Farakhov T.M. Matematicheskie modeli i raschet gidrodinamicheskikh kharakteristik pogra-nichnogo sloya [Mathematical models and calculation of the hydrodynamic characteristics of a boundary layer]. Nauchnyi zhurnal KubGAU [Scientific Journal of KubSAU], 2012, iss. 82, pp. 704-738. Available at: http://ej.kubagro.ru/2012/08/pdf/52.pdf. (In Rus-sian; abstract in English).

Monin A.S., Yaglom A.M. Statisticheskaya gidromekhanika: v 2 t. T. 1. Mekhanika turbulentnosti [Statistical fluid mechanics: in 2 vol. Vol. 1. The me-chanics of turbulence]. Moscow, Publ. Nauka, 1965. 639 p. (In Russian).

Odishariya G.E., Tochigin A.A. Prikladnaya gidro-dinamika gazozhidkostnykh smesei [Applied hydrody-namics of gas-liquid mixtures]. Moscow: Publ.

VNIIGAZ, 1998. 398 p. (In Russian)

Schlichting H. Grenzschicht-Theorie. Karlsruhe, G. Braun Verlag, 1965. 736 p. (Russ. ed.: Shlikhting G. Teoriya pogranichnogo sloya. Moscow, Publ. Nauka, 1974. 713 p.)

Shterenlikht D.V. Gidravlika: uchebnik dlya vuzov [Hydraulics: a textbook for high schools]. Moscow, Publ. Energoatomizdat, 1984. 640 p.

Skrebkov G.P., Fedorov N.A. Integral'naya i loka-l'naya velichiny koeffitsientov turbulentnogo profilya skorosti [Local and integral values of coefficients of the turbulent velocity profile]. Vestnik MGSU, 2013, vol. 8, iss. 4, pp. 201-208. (In Russian; abstract in English). DOI: 10.22227/1997-0935.2013.4.201-208.

Vinogradov A.Yu., Kadatskaya M.M., Birman A.R., Vinogradova T.A., Obyazov V.A., Katsadze V.A., Ugryumov S.A., Bacherikov I.V., Kovalenko T.V., Khvalev S.V., Parfenov E.A. Raschet nerazmyvay-ushchikh skorostei vodnogo potoka na vysote verkh-nei granitsy pogranichnogo sloya [Calculation of non-eroding water flow velocities at the height of the up-per boundary layer]. Resources and Technology, 2019, vol. 16, no. 3, pp. 44-61. (In Russian; abstract in English). DOI: 10.15393/j2.art.2019.4782.

Zheleznyakov G.V. Propusknaya sposobnost' rusel kanalov i rek [Bandwidth of channels of channels and rivers]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1981. 308 p. (In Russian).

Zheleznyakov G.V. Teoriya gidrometrii [Theory of Hydrometry]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1976. 344 p. (In Russian).

(+) Читать онлайн

Просмотров Аннотации: 179
Скачиваний PDF: 0
Опубликован
2019-12-16
Как цитировать
А.Ю. Виноградов, & М.М. Кадацкая. (2019). ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА. Гидросфера. Опасные процессы и явления, 1(2), 262-279. https://doi.org/10.34753/HS.2019.1.2.005

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)