Naslov
Proračun jednolikog toka u prizmatičnom koritu glavnog i inundacijskog toka
(Method of calculation for steady uniform flow in prismatic main channel/flood plain sections)

Autori
Špika, Jelena

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, diplomski rad, preddiplomski

Fakultet
Građevinski fakultet

Mjesto
Zagreb

Datum
13.09

Godina
2011

Stranica
29

Mentor
Andročec, Vladimir

Neposredni voditelj
Lončar, Goran

Ključne riječi
Jednoliki tok; prizmatično korito; glavni i inundacijski tok
(Steady uniform flow; prismatic channel; main and flood plain section)

Sažetak
Općenito je za složene presjeke u rijekama karakterističan duboki glavni kanal omeđen s jedne ili s obje strane relativno plitkom inundacijom1, koja je često hidraulički hrapavija. Tečenje u ovakvom koritu usko je vezano za pojavu velikih voda, kada nakon izlijevanja dijela protoka iz glavnog korita dolazi do formiranja toka u inundaciji. Ispostavlja se da brzina u glavnom kanalu ima tendenciju biti znatno veća od brzine u inundaciji. Ova razlika u brzini može dovesti do intenzivnog vrtloženja na kontaktnoj površini2 glavnog kanala i inundacije, koje dovodi do pojave turbulencije te rezultira promjenom količine gibanja od brže prema sporije gibajućoj tekućini. Na što je fotografskim dokazima ukazao Sellin [23]. Zato se ovo tečenje promatra kao složeno tečenje jer se uz trenje zbog hrapavosti riječnog dna i postojanja vegetacije u koritu pojavljuje dodatni napon turbulencije i utroška mehaničke energije toka. Zadatak ovog završnog rada je predstaviti eksperimentalne rezultate protoka i raspodjele posmičnog naprezanja složenog simetričnog korita u ovisnosti o širini i hrapavosti inundacije. Dobiveni su podaci hidrauličkog istraživanja sa SERC - ova postrojenja za poplavne kanale u Wallingfordu. Eksperimentalne rezultate tako možemo usporediti s nekoliko standardnih proračunskih metoda protoka, koje pretpostavljaju različite lokacije sučelja glavnog korita i inundudacije. Većina tradicionalnih metoda proračuna protoka u složenim kanalima velike razlike u brzini uzima u obzir tako da presjek podijeli na područja, od kojih se svako smatra hidraulički homogenim. Tada se protok u svakom području proračunava koristeći jednu od poznatih jednadžbi kao što su Chezy-eva, Manningova i Colebrook - Whitova. Glavni problemi u ovakvom postupku su položaj i način promatranja tekućine koja se nalazi između područja tj. na sučelju. Računska pogodnost diktira da se za sučelje između glavnog kanala i inundacije općenito uzima jedna od ravnina - horizontalna (H), dijagonalna (D) ili vertikalna (V), kako je prikazano na slici 1 kao 1-1, 1-2 i 1-3. Koristeći horizontalnu ili dijagonalnu ravninu obično se sučelje izostavlja iz omočenog oboda okolnog područja, što je zapravo ekvivalentno pretpostavci da na sučelju nema posmičnog naprezanja. Kada se govori o ove dvije metode govori se o He i De metodama. Slična pretpostavka ne može biti prihvaćena za vertikalnu ravninu koja je u području velikih varijacija brzine. Wright i Carstens [29] su predložili da sučelje treba biti uključeno u omočeni obod glavnog kanala kako bi se uzeo u obzir otpor gibanja sporije inundacije, ali isključen iz omočenog oboda inundacije koje doživljava ekvivalentni efekt suprotnog predznaka zbog bržeg gibanja fluida u glavnom kanalu. Ovo je vjerojatno najčešće korištena metoda proračuna protoka za složene kanale a ovdje se spominje kao Vi metoda. Mjerenja posmičnih naprezanja su omogućila izračun posmičnih naprezanja u ravninama sučelja, koristeći ravnotežu sila u pojedinim područjima [3, 13]. Pokazalo se [25] da značajne pogreške u tradicionalnim metodama proračuna protoka nastaju iz netočnih pretpostavki utjecaja smicanja na sučelju. Važnost pravilnog razumijevanja protoka u složenim kanalima pokazana je brojem provedenih istraživanja [1-5, 7-16, 18-29]. Međutim, ako se sva ova istraživanja sagledaju zajedno uočavamo ograničenja u našem trenutnom stanju znanja o problemu. Većina laboratorijskih ispitivanja provedena je na kanalima ograničenih dimenzija pa su efekti proporcionalnog smanjivanja ili uvećavanja prisutni u prenošenju na prototipove rijeka, iako nije u potpunosti poznato u kojoj mjeri i kako. Očito je da postoji potreba za kvalitetnijim podacima iz laboratorija u kanalima dostatne veličine za generiranje velikih Reynoldsovih brojeva, koji su potrebni kako bi se smanjili učinci razmjera. Tada bi dobili niz podataka koji bi se lakše mogli prenijeti na prototipove rijeka. SERC i HRL4 prepoznali su važnost ovog rada i zajednički sponzorirali postavljanje velikog eksperimentalnog dovodnog kanala, SERC Flood Channel Facility (FCF). S tim je pokrenut jedinstven program koji je uključivao skupinu istraživača s velikog broja sveučilišta iz Velike Britanije [10], uključujući na početku rada ravne, zatim iskrivljene i vijugave kanale jednake hrapavosti dna da bi se na kraju istraživao problem kanala trapeznog oblika sa promjenljivom širinom inundacije. Rezultati prikazani u ovom radu su uzeti iz prve faze i usredotočavaju se na ravni simetrični kanal s inundacijama različitih širina i hrapavosti. Naglašavaju se velike pogreške koje se mogu napraviti u ukupnom protoku i protoku kroz komponente, kada se koriste gore opisane tradicionalne metode proračuna protoka. Ervine i Baird [4] sugeriraju način poboljšanja ovih metoda, modificirajući ih tako da se uzme u obzir realnija interakcija glavnog kanala i inundacije na sučelju.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Građevinarstvo

POVEZANOST RADA