Гидротехнические сооружения. Том II

В. МЕТОДОЛОГИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В В Е Д Е Н И Е Не находя п теоретической гидромеханике

Современное развитие теории и техники гидрав лического экспериментирования для очень многих случаев практики гарантирует получение доста точно точных и надежных результатов лабора торных опытов. При этом, помимо повышения технических качеств сооружений, проверка проек тов на моделях, при стоимости лабораторных работ в несколько тысяч или десятков тысяч рублей, нередко приводит к экономии в строи тельной стоимости сооружения и вксплоатацион ных расходов порядка нескольких сотен тысяч, а при крупных сооружениях даже миллионов рублей. В настоящее время гидравлические, гидрома шинные и гидротехнические лаборатории как за границей, так и в СССР имеются почти при всех втузах соответствующей специальности; кроме того, существует ряд специальных гидротехнических и гидромашинных научно-ис следовательских институтов, имеющих в своем составе лаборатории,а в последнее время появи лась тенденция организовывать при крупных строительствах временные лаборатории для раз решения вопросов, возникающих в процессе проектирования и производства работ по данному строительству. Теперь ни один проект относи тельно крупного гидротехнического сооружения не обходится без лабораторной проверки хота бы одного-двух элементов сооружения. Поэтому знакомство с методологией гидравлических лабо раторных исследований в области гидравлики сооружений в настоящее время необходимо для каждого гидротехника, как для постоянных на учных сотрудников стационарных лабораторий втузов и научно-исследовательских институтов, так и для инженеров-проектировщиков и произ водственников, которым приходится передавать задания на исследования в одну из существую щих лабораторий или даже работать самим во временных лабораториях при строительствах. размерности обеих частей этих уравнений, кото рые поэтому приложимы к потокам и твердым телам независимо от их абсолютных размеров. Поэтому, как основными единицами технической системы измерений [3] являются длина (.«), сила (кг) и время (сек), так и основными мас штабными соотношениями натуры и модели прини маются X — масштаб длин, * — масштаб сил и т — масштаб времен [4]. Из масштаба алии X непосредственно вытекает, что при г е о м е т р и ч е с к о м п о д о б и и [5] соотношение площадей в натуре и модели должно

всех исчерпывающих ответов на жизненно неот ложные вопросы, гидротехник весьма часто вы нужден обращаться к опыту. В результате опы тов в лучшем случае устанавливаются коэфи циенты для теоретических формул, а нередко просто выявляются эмпирические формулы или, еще чаще, л и ш ь р а з р е ш а е т с я в о п р о с д л я о д н о г о ч а с т н о г о с л у ч а я . Таким образом с опытом неразрывно связаны как на учно-теоретические, так и прикладные изыскания в области механики жидкого тела. При этом возможны два пути: либо наблюдение естествен ных потоков и работы уже выполненных соору жений, либо изучение искусственно созданной малой модели интересующего явления в лабора тории. Лабораторный метод обладает рядом преиму ществ перед методом наблюдения в натуре, как-то: возможность изучения еще не выполненных, проектирующихся сооружений; возможность си стематического изучения влияния того или дру гого фактора, выделенного из сложной совокуп ности факторов, обусловливающих явление в це лом; возможность изучения редких и быстро протекающих явлений природы, неуловимых при наблюдении в натуре. Однако имеются у лабораторных исследований и слабые стороны, на которые при проведении опытов с моделями должно обращаться сугубое внимание: трудность, а иногда и невыполнимость динамического подобия натуре; необходимость особенно точных измерений, в виду малости из меряемых величин; опасность недоучета специ фических местных условий работы исследуемого сооружения или машины; неудовлетворительность получаемых результатов при малых моделях и трудность перехода к крупным моделям. При разумном использовании результаты лабо раторных работ являются чрезвычайно ценными.

1. ПРАВИЛА МАСШТАБИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ

1. ЗАКОНЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ

Моделью называют уменьшенное сооружение или машину, все геометрические размеры кото рой меньше соответствующих размеров действи тельного сооружения или машины в натуре в одном и том же отношении X. При этом между натурой и моделью имеет место геометрическое подобие. В основе механического подобия лежит гомогенность уравнений, выражающих главней шие законы механики, т. е. наличие одинаковой