Details

Объект исследования - канал с замкнутым круглым поперечным сечением. Цель работы - уточнение расчёта скорости, расхода, гидравлического радиуса и тепловых потерь с учётом степени наполнения. В работе применены теоретический анализ, инженерные расчётные зависимости Шези, Маннинга и Павловского, а также численное моделирование в FLOW-3D. Модель основана на уравнениях Навье-Стокса, уравнении неразрывности, модели турбулентности RNG k-ε и методе VOF, описывающем свободную поверхность. В ходе исследования сформирована расчётная схема «резервуар - трубопровод» диаметром D = 1 м и длиной L = 100 м. Выполнены расчёты при различных степенях наполнения и проведено сопоставление инженерных зависимостей с результатами FLOW-3D. Установлено, что максимальная пропускная способность круглого трубопровода достигается при частичном заполнении: расход составил 3,15 м³/с, что примерно на 4,3 % выше расхода при полном заполнении. На основании сопоставления предложено ввести в формулы Маннинга и Павловского корректирующий множитель κ. Результаты могут применяться при проектировании и уточнённом расчёте водоотводящих, дренажных и трубопроводных систем.

The object of the study is a conduit with a closed circular cross-section. The aim is to refine the calculation of velocity, discharge, hydraulic radius and heat losses with regard to the filling ratio. The research uses theoretical analysis, engineering relationships by Chezy, Manning, Pavlovsky and Darcy-Weisbach, and numerical simulation in FLOW-3D. The model is based on the Navier-Stokes equations, the continuity equation, the RNG k-ε turbulence model and the VOF method for describing the free surface. A computational scheme consisting of a reservoir and a pipeline with D = 1 m and L = 100 m was developed. Calculations were performed for different filling ratios and compared with FLOW-3D results. The maximum carrying capacity of a circular pipeline was found to occur under partial filling: the discharge was 3.15 m³/s, which is approximately 4.3 % higher than under full filling. Based on the comparison, a correction factor κ, was introduced into the Manning and Pavlovsky formulas. The results can be applied to the design and refined calculation of drainage, sewerage and pipeline systems.