Определение скоростной высоты

Вода в состоянии покоя при отсутствии внешних сил на свободной поверхности обладает гидростатическим давлением.

Р = _в× h × g,,

где _в - плотность воды (т/м³); h – высота столба воды (м); g – ускорение свободного падения (м/с²).

На поверхности воды, связанной с атмосферой, атмосферное давление Р = 100 КПа = 0,1 МПа, которое при расчетах не учитывается.

Энергетическим показателем воды, которая покоится в порах горных пород, является гидростатический напор Н_г, представляющий совокупность пьезометрической h_р и геометрической z высот (рис. 4).

Рис. 4. Схема образования гидростатического напора в водонасыщенном массиве горных пород: 0-0 – плоскость сравнения напоров; 1 – верхний водоупор; 2 – нижний водоупор; 3 – водонасыщенный пласт горных пород

Пьезометрическая h_р высота характеризует долю потенциальной энергии, обусловленную гидростатическим давлением. Геометрическая z высота – потенциальную энергию, относительно произвольно выбранной плоскости сравнения.

Н_Г= h_р + z.

Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой) h_v.

, где u – действительная скорость движения воды, для условий рассматриваемой задачи.

Тогда величина H_Г = h + z + h_v,

где h – высота столба воды в выработке с проницаемыми стенками или дном, измеряемая от дна выработки (в нашем случаи от точки А, см.рис. 3). Она характеризует долю потенциальной энергии, обусловленную гидростатическим давлением.

z – это геометрическая высота от дна выработки (в нашем случаи от точки А) до горизонтальной плоскости сравнения напоров. Характеризует потенциальную энергию водонасыщенного объёма относительно произвольно выбранной плоскости сравнения напоров (в нашем случае плоскости сравнения напоров задаются преподавателем).

Сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высот – есть величина постоянная для данной точки водонасыщенного массива и отражает полную энергию движущегося потока.

В природе существует два вида движения:

- ламинарный (слоистый) – малые скорости, слои жидкости движутся независимо друг от друга, не перемешиваясь.

- турбулентный (беспорядочный) – большие скорости перемещения частиц в различных направлениях, слои жидкости перемешиваются.

Для определения режима течения (переход от ламинарного к турбулентному) используют число Рейнольдса Re, которое меняется в зависимости от вязкости и плотности жидкости, размеров протоков, т.е. от литологического состава и физического состояния породы. Например, для песков Re @ 50¸60.

Полное (общее) давление, оказываемое столбом породы плотностью g и высотой z₀ на единичную горизонтальную площадку:

,

где s_z – уравновешивается реакцией минерального скелета и гидростатического давления в поровой жидкости: s_z = s_эф + s_н, где s_эф – эффективное (воспринимаемое минеральным скелетом) напряжение; s_н – нейтральное (отвечающее гидростатическому давлению в воде) напряжение.

Пример расчета

Вода в состоянии покоя при отсутствии внешних сил (дополнительных нагрузок от зданий, сооружений, оборудования и т.п.) на свободной поверхности обладает гидростатическим давлением.

Р = _в× h × g = 1,0×12×9,8=117,7 т/м²= 1,177 кПа (»12 м.вод.ст),

где _в - плотность воды (т/м³); h – высота столба воды (м); g – ускорение свободного падения (м/с²).

На поверхности воды, связанной с атмосферой, атмосферное давление Р = 100 кПа = 0,1 МПа.

Энергетическим показателем воды, которая покоится в порах горных пород, является гидростатический напор Н_Г, представляющий совокупность пьезометрической h_р и геометрической z высот. Для безнапорного водоносного горизонта в центральной скважине №16 применительно к выбранной т.А (см.рис. 3)

Н_Г= h_р + z = 12 + 13,5 = 25,5 м.

Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой) h_v.

м,

где u – действительная скорость движения воды, размерность которой при расчетах переводится в м/с.

Тогда H_Г = h + z + h_v = 12 + 13,5 +2,79×10^-12 = 25,5 +2,79×10^-12 м,

где h – высота столба воды в выработке с проницаемыми стенками или дном, измеряемая от дна выработки (в нашем случае от точки А), z – это геометрическая высота от дна выработки (в нашем случае от точки А) до горизонтальной плоскости сравнения напоров. В нашем случае плоскость сравнения напоров +150 м.

Т.к. скоростная высота слишком мала и стремится к нулю, то ею можно пренебречь.

Сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высот есть величина постоянная для данной точки водонасыщенного массива и отражает полную энергию движущегося потока.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: