Vairāk

5.5. Hidrauliskais lēciens - ģeozinātnes

5.5. Hidrauliskais lēciens - ģeozinātnes


Mēs joprojām neesam slaukuši pozitīvā soļa piemēru, kā tas sakārtots 5.4.6. Attēlā, par visu tā sniegto ieskatu. Kā tad plūsma pāriet no pārkritiskas, tieši lejup pa soli, uz subkritisku tālu lejup pa straumi? Atbilde ir tāda, ka parasti šādās situācijās pāriešana no pārkritiskās uz subkritisko ir pēkšņa, tā sauktā veidā hidrauliskais lēciens, nevis pakāpeniski.

Hidrauliskie lēcieni ir pārsteidzoša atvērtā kanāla plūsmas iezīme. Jūs visi esat tos redzējuši, kaut vai tikai savā virtuves izlietnē. Jūs pagriežat jaucējkrānu ar pilnu spēku, un lejupejošā strūkla ietriecas izlietnes apakšā, veidojot plānu, ātri kustīgu ūdens loksni ar superkritisku dziļumu un ātrumu, kas izkliedējas visos virzienos. Bet noteiktā rādiusā no strūklas trieciena punkta, kas ir atkarīgs no lejup tekošās strūklas spēka, virzoties uz noteku, plūsma uzlec līdz dziļākai un lēnākai plūsmai. Lēciens ir stāvas un gandrīz nekustīgas frontes formā, ko papildina spēcīga turbulence (attēls ( PageIndex {1} ). Vēl viena situācija, kurā parasti veidojas hidrauliskais lēciens, ir pāreja no relatīvi stāvā kanāla slīpuma, ar kuru saistīta superkritiskā plūsma, uz relatīvi maigu kanāla slīpumu, pa kuru vienmērīga plūsma būtu subkritiska. Ja slīpuma maiņa ir pietiekami ātra, pāreja no pārkritiskās plūsmas uz subkritisko plūsmu notiek drīzāk hidrauliskas lēciena, nevis vienmērīgas dziļuma un ātruma maiņas veidā.

Hidrauliskā lēciena raksturu nevar ņemt vērā, izmantojot enerģijas vienādojumu, jo tur, kas saistīts ar lēcienu, notiek ievērojama enerģijas izkliedēšana; tā vietā mums jāpievērš uzmanība impulsa saglabāšanai.

Attēls ( PageIndex {1} ) ir plūsmas šķērsgriezuma skats no hidrauliskā lēciena augšteces līdz lejpus tā. Apskatiet plūsmas bloku, kuru šķērsgriezumos (1 ) un (2 ) ierobežo iedomātas vertikālās plaknes. Hidrostatiskā spiediena spēku sadalījums tiek parādīts bloka augšpusē un lejpus. Jums vajadzētu atrast sekciju (2 ) diezgan tālu lejup pa lēcienu, jo paiet liels attālums, līdz plūsmas plūsma tiek sakārtota. Tā kā plūsmai starp sekcijām (1 ) un (2 ) nav iegremdētu šķēršļu, vienīgie plūsmas spēki blokā esošajam šķidrumam ir spiediena spēki augšpus un lejpus; pats hidrauliskais lēciens nepadara spēku plūsmai. Lai redzētu šo spēku iedarbību, mums jāveic grāmatvedības uzskaite, lai tos izmantotu Ņūtona otrajā likumā (F = ma ). Šim nolūkam apskatiet Figūru ( PageIndex {2} ), nedaudz pārzīmējot Figūru ( PageIndex {1} ).

Īsā laika intervālā ( Delta t ) šķidruma bloks pārvietojas lejup pa straumi no pozīcijām (1 ) un (2 ) uz pozīcijām (1 ^ { prime} ) un (2 ^ { prime} ). Tajā laikā tas ir zaudējis impulsu, kas ir vienāds ar šķidruma impulsu, kas bija starp sekcijām (1 ) un (1 ^ { prime} ). Šis impulss, kas rakstīts uz plūsmas platuma vienību (atcerieties, ka kanālam ir vienāds platums no augšteces līdz lejup pa hidraulisko lēcienu) ir ( left [ rho d_ {1} ( Delta x) _ {1} right ] U_ {1} ), kur (U_ {1} ) ir vidējais ātrums sadaļā (1 ). To var izteikt nedaudz atšķirīgi, paturot prātā, ka (U_ {1} = ( Delta x) _ {1} / Delta t ) un (q = Ud ), kā ( rho d_ {1 } U_ {1} ^ {2} Delta t ) vai ( rho q U_ {1} Delta t ). To var uzrakstīt vēl citā formā, izslēdzot (U_ {1} ), vēlreiz lietojot sakarību (q = Ud ): ( left (q ^ {2} rho / d_ {1} labi) Delta t ). Tāpat ( Delta t ) laikā šķidruma bloks ir ieguvis impulsu, kas ir vienāds ar tā šķidruma impulsu, kurš ir pārvietojies, lai aizņemtu tilpumu starp sekcijām (2 ) un (2 ^ { prime} ): ( pa kreisi (q ^ {2} rho / d_ {2} pa labi) Delta t ). Pēc tam impulsa izmaiņas, šķidruma blokam pārejot no pozīcijas (1–2 ) uz pozīciju (1 ^ { prime} –2 ^ { prime} ), ir

[ left ( frac {q ^ {2} rho} {h_ {1}} right) Delta t- left ( frac {q ^ {2} rho} {h_ {2}} pa labi) Delta t label {5.15} ]

vai

[ pa kreisi ( frac {q ^ {2} rho} {h_ {1}} - frac {q ^ {2} rho} {h_ {2}} pa labi) Delta t label {5.16 } ]

Pēc tam šķidruma bloka impulsa maiņas laika ātrumu iegūst, dalot ar laika intervālu ( Delta t ):

[ frac {q ^ {2} rho} {h_ {1}} - frac {q ^ {2} rho} {h_ {2}} label {5.17} ]

Ar Ņūtona otro likumu mēs varam iestatīt šo impulsa maiņas ātrumu, kas vienāds ar neto straumēšanas spēku uz šķidruma bloku, (F_ {1} ) (darbojas lejpus straumes) mīnus (F_ {2} ) ( darbojas augšteces virzienā). Hidrostatiskā spiediena spēku lineārais sadalījums šķidruma bloka augšpusē un pakārtotajā pusē ļauj viegli atrast radušos spēkus (F_ {1} ) un (F_ {2} ):

[F_ {1} = int_ {0} ^ {h_ {1}} rho g y d y = frac {1} {2} rho g h_ {1} ^ {2} label {5.18} ]

un tāpat ( mathrm {F} _ {2} = (1/2) rho mathrm {g} d_ {2} ^ {2} ). Tad šķidruma bloka tīrais spēks ir

[F_ {1} -F_ {2} = frac { rho g h_ {1} ^ {2}} {2} - frac { rho g h_ {2} ^ {2}} {2} iezīme {5.19} ]

Visbeidzot, nosakot šo tīro spēku, kas vienāds ar impulsa maiņas ātrumu,

[ frac {q ^ {2} rho} {h_ {1}} - frac {q ^ {2} rho} {h_ {2}} = frac { rho g h_ {1} ^ { 2}} {2} - frac { rho g h_ {2} ^ {2}} {2} label {5.20} ]

Mēs varam to mazliet iemasēt, lai to ievietotu mūsu vajadzībām ērtākā formā, pārkārtojot un sadalot ar ( rho g ):

[ left ( frac {q ^ {2}} {g h_ {1}} + frac {h_ {1} ^ {2}} {2} right) - left ( frac {q ^ { 2}} {g h_ {2}} + frac {h_ {2} ^ {2}} {2} right) = 0 label {5.21} ]

Parasti tiek darīts, lai noteiktu daudzumu

[M = frac {q} {g d} + frac {d ^ {2}} {2} label {5.22} ]

sauca impulsa funkcija. Tad vienādojums ref {5.21} sakrīt ar (M_ {1} - M_ {2} = 0 ), kas saka, ka impulsa funkcija pārejas laikā nemainās, ar nosacījumu, ka neviens straumējošs spēks, izņemot hidrostatiskā spiediena spēkus, (tāpat kā pretestības spēki, ko rada šķēršļi kanāla dibenā) iedarbojas uz šķidruma bloku.

Tāpat kā ar īpašo enerģiju iepriekšējā sadaļā, mēs varam uzzīmēt noderīgu impulsa funkcijas (M ) grafiku pret plūsmas dziļumu d (5.-15. Attēls). Tāpat kā ar specifiskās enerģijas diagrammu (5.2.1. Attēls), jūs varat pārbaudīt līknes formu attēlā ( PageIndex {3} ), pieņemot vērtību (q ), izvēloties dažas vērtības (d ) un aprēķinot atbilstošās (M ) vērtības; šajā gadījumā tomēr nav reālas funkcijas daļas zem (d = 0 ) ass. Ir līkņu saime, kuras vispārējā forma parādīta attēlā ( PageIndex {3} ), pa vienai katrai izlādes vērtībai uz platuma vienību (q ). Tāpat kā specifiskās enerģijas diagrammā, visi punkti uz katras līknes augšējās ekstremitātes, virs vertikālās pieskāriena punkta, attēlo superkritisko plūsmu, un visi apakšējās ekstremitātes punkti, kas atrodas zem vertikālās pieskāriena punkta, attēlo subkritisko plūsmu.

Tagad mums ir instrumenti hidrauliskā lēciena augstuma prognozēšanai. Sākam ar punktu (1 ) uz līknes apakšējās, superkritiskās daļas, attēlā ( PageIndex {3} ), un lecam uz augšu līdz punktam (2 ), tajā pašā (M vērtībā ), bet uz augšējās, subkritiskās ekstremitātes, kas atbilst dziļākai, subkritiskai plūsmai lejpus hidrauliskā lēciena. Var redzēt, ka tuvāk kritiskajam stāvoklim atrodas augšpus kritiskās plūsmas, jo mazāks ir hidrauliskā lēciena augstums līdz subkritiskajai plūsmai, ko attēlo vertikālais attālums starp attiecīgajiem (M = ) konstante vertikālās krustošanās punktiem līnija ar abām līknes daļām attēlā ( PageIndex {3} ).

Piezīme

Tāpat kā līkņu formas līkņu saimē ar q kā parametru attēlā ( PageIndex {3} ) atšķiras no attiecīgo līkņu formām 5.2.1. Attēlā, arī īpašās galvas diagramma vienādojumi kritiskās plūsmas stāvoklim - bet šeit tas mūs neuztrauc. Jūs pats varat veikt vēl vienu soli, tāpat kā konkrētās galvas diagrammai, lai atrastu kritisko plūsmu līknes formu attēlā ( PageIndex {2} ), impulsa un funkcijas diagrammā.

Visbeidzot, viena nejauša piezīme ir kārtībā. Apakškritiskā plūsma lejup pa lēcienu, kas izriet no iepriekš minētajiem apsvērumiem, nav tieši tādā pašā dziļumā un ātrumā kā subkritiskā vienmērīgā plūsma, kas galu galā tiek sasniegta tālu lejup pa soli; ir nedaudz lēna turpmāka pielāgošanās šim nosacījumam.


5.5. Hidrauliskais lēciens - ģeozinātnes

A. Piedāvātais pētījuma nosaukums:

Vai hidrauliskais lēciens spēlēja lomu straujā Kincade uguns izplatībā, 2019. gada 27. oktobrī?

Ar spēcīgu vēja ātrumu saistīta plūsma jūrā ir atzīta Kalifornijas klimatoloģijas iezīme. Vēsturiski šādi notikumi tiek saukti par Santa Ana Winds Kalifornijas dienvidos un Diablo Winds Kalifornijas ziemeļu un centrālajā daļā (ar citiem nosaukumiem, kas norādīti arī lokāli, kā arī daļās Kalifornijas). Šo spēcīgo, sauso, lejupvērsto vēju klasiskie skaidrojumi ietver mājienus uz sinoptiska mēroga vertikāliem kustības laukiem un / vai augstuma un spiediena laukiem, kas saistīti ar kvaziogeostrofisku domāšanu. 70. – 90. Gados tika atklāts, ka mezoscale efektu loma, ieskaitot spraugas plūsmu un kanālus, kas saistīti ar hidrauliskās lēciena parādību, ir visspēcīgākajos notikumos, piemēram, saistībā ar Oakland HIlls Fire 1991. gadu. šī pētījuma mērķis ir noteikt, vai ir meteoroloģiski pierādījumi tam, ka hidrauliskā lēciena parādība bija atbildīga par strauju vēju un stipra vēja paātrināšanos, kas notika visā Kincade ugunsdzēsības zonā laikā, kad ugunsgrēks strauji virzījās uz priekšu 2019. gada 27. oktobrī. ( Pārskatiet, ko mēs ar jūsu projektu izdarījām e465: http://tornado.sfsu.edu/Geosciences/classes/e465/ResearchAssignments/Research.html)

Vai hidrauliskais lēciens, kas saistīts ar strauju spēcīgu lejupvērstu vēju pieaugumu, tika novērots Kincade uguns straujas progresēšanas laikā 2019. gada 27. oktobrī?

D. Pārbaudāmā hipotēze

Meteoroloģiskie parametri hidrauliskajam lēcienam tika izstrādāti pāri Kincade ugunsgrēkam 2019. gada 27. oktobrī.


Labas cenas blietēšanas materiāli (lecamo domkrati) Tool.com veikalā pārdošanai, jaudīgi celtniecības instrumenti, kas ir ideāli piemēroti smilšu, granulētas augsnes, jauktu augsņu, grants un sasmalcinātu materiālu blīvēšanai šaurās vai slēgtās vietās. Lai nodrošinātu, ka mūsu lecamo džemperiem būs nepieciešamas īpašas blīvēšanas vajadzības, cilindriem ir 10kN līdz 14kN atšķirīgs trieciena spēks, 5 / 5,5 / 6,5 ZS viena cilindra, 4 taktu, ar gaisu dzesējami benzīna dzinēji no Honda vai Robin. Apskatiet zemāk esošo produktu sarakstu un iegādājieties labākās blietēšanas cilindru funkcijas, kas ļauj viegli iedarbināt, ar zemu trokšņu līmeni, zemu apkopi un samazinātu degvielas patēriņu.

Lecošā domkrata blietēšanas blietētājs

Jumping jack tamping rammer ir blīvēšanas mašīna, kas izmanto triecienu un vibrāciju, lai sablīvētu aizbēršanu slāņos. Benzīna blietēšanas blīvētājs, kas pazīstams arī kā uguns spēka kalnrūpniecība, tiek izmantots asfalta grants, betona un māla blīvēšanai un izlīdzināšanai. Tas ir īpaši piemērots ēku, teritoriju, pagalmu, ceļa gultņu, tiltu pāļu, tranšeju, lauku un šauru vietu būvniecībai. Lecošā domkrata blietēšanas cilindrs novērš elektrisko blietētāju trūkumus, kuriem jāatrod strāvas avots, un novērš problēmas, kas saistītas ar nedarbošanos bez strāvas, īpaši pārvarot elektrisko blietētāju nedrošos faktorus uz cilvēka ķermeņa, un var būt kompetents tādu būvdarbu veikšanai, kas lielas un vidējas mašīnas nevar nokomplektēt. Lēciena domkrata mašīna pieņem pilnībā noslēgtu ar eļļu ieeļļotu trieciena sistēmu, kurai ir kompakta struktūra, liela lēciena amplitūda, spēcīgs trieciena spēks, zemas uzturēšanas izmaksas un var samazināt operatora nogurumu.

Lecošās domkratas mašīna ir piemērota uzpildītas augsnes un grants sablīvēšanai šosejas būvniecībā, ceļu pamatnes augsnes sablīvēšanai pašvaldībām, lidostām, ostām un stacijām uzpildītas grunts blīvēšanai ap pazemes ūdensceļiem, pazemes elektriskajiem cauruļvadiem un gāzes vadiem, kā arī šauriem objektu būvniecība utt.

Darbības princips

Lecošā domkrata blietēšanas cilindrs ir izgatavots pēc divtaktu iekšdedzes dzinēja principa. Cilindrā ir divi virzuļi, augšējais virzulis ir iekšdedzes virzulis, bet apakšējais - bufera virzulis. Cilindra apakšējā daļa ir aprīkota ar cilindru ar slīpu apakšējo virsmu tā, lai cilindra vertikālā ass būtu slīpa uz priekšu. Augšējais virzuļa stienis izvirzīts no cauruma, kas atrodas cilindra augšējā vāka vidū, un apakšējais virzuļa stienis izvirzīts no cilindra apakšējā gala un ir integrēts ar cilindru. Cilindru un rammeru nospriego atsperes, un ir paredzēti margas, lai kontrolētu lecošās domkrata tampēšanas virziena virzienu uz priekšu. Uzliesmojošā maisījuma sprādzienbīstamā spēka ietekmē trieciena auns lēca uz priekšu un uz augšu no zemes, un zem sava svara tas nokrita zemē un taranēja augsni. Lecošā domkrata blietēšanas cilindrs lēca un nokrita, un fizelāža soli pa solim virzījās uz priekšu.

Svarīgs dizains

  • Trieciena pavasaris. Lecošo domkratu blietēšanas cilindriem ir augstas prasības attiecībā uz atsperu atsperēm, un atsperu tēraudiem ir nepieciešama augsta noguruma izturība, pretējā gadījumā tie noguruma dēļ viegli padosies un zaudēs elastību vai pat salūzt. Pašlaik izmaksu apsvērumu dēļ lielākā daļa elektrisko blietēšanas atdalītāju atsperes materiālu ir parasts atsperu tērauds, un ir tikai viens atsperu komplekts, tāpēc elektrisko tamponu trieciena spēks un trieciena biežums nav augsts, un atsperes ir viegli salauzt.
  • Dinamiskā līdzsvara dizains. Lecošās domkrata mašīnas kustība galvenokārt ir vertikāla augstfrekvences lineāra virziena kustība, un mašīnas augstums ir augsts, tāpēc lecošā domkrata tampera mašīnai ir augstas prasības attiecībā uz kopējo mašīnas dinamisko līdzsvaru un īpašu dinamisko līdzsvaru. nepieciešama projektēšana un testēšana. Pretējā gadījumā mašīna būs nestabila un grūti vadāma, kas ievērojami palielina operatora darbietilpību.
  1. Gājiens ir regulējams, kas var saspiest dažādus augsnes un asfalta ceļus.
  2. Lielo slēgto gaisa filtru sistēmu ir viegli tīrīt, un motors nav viegli sabojāts.
  3. Īpašais izpūtēja pārsegs var samazināt motora un apakšējās plāksnes radīto troksni operatoram.
  4. Triecienus absorbējošais vadotnes rokturis var samazināt operatora nogurumu.
  5. Apakšējai plāksnei, kas izgatavota no kaļamā čuguna, ir ilgāks kalpošanas laiks.
  6. Pilnībā noslēgta, šļakatu tipa eļļošanas trieciena sistēma, lai nodrošinātu drošu detaļu eļļošanu.

Problēmu novēršana

1. Cilindru bloks ir bloķēts, gultnis ir bloķēts vai pat bojāts.

  • Mašīnai trūkst eļļošanas.
  • Risinājums: Pirms jaunās mašīnas lietošanas ķermenim pievieno 0,6 litrus smēreļļas Nr. Nomainiet eļļu vienu reizi pēc 30 stundu nepārtrauktas darbības un pēc tam mainiet to ik pēc 100 stundām.

2. Jauda ir normāla, un iekārta nedarbojas.

  • Virzuļa korpuss ir salauzts.
  • Pavasara kartīte nokrīt.
  • Gultnis ir bloķēts vai bojāts.
  • Zobrats ir bojāts.
  • (Elektriskā) splains vai splaina vārpsta ir bojāta.
  • (Iekšdedzes tips) Sajūga atspere ir atvienota, un sajūgs nedarbojas.
  • (Iekšdedzes tipa) eļļas blīvējums ir bojāts, un smēreļļa nonāk reduktora vārpstā, izraisot sajūga slīdēšanu.

3. Lecošā domkrata tampera mašīnā iztek eļļa.

  • Blīve ir bojāta un novecojusi, vai degvielas tvertne ir bojāta.
  • Eļļas logs vai eļļošanas skrūve ir vaļīga, un blīvējums nav cieši.
  • Veicot remontu, izvēlieties remontu vai nomaiņu atbilstoši konkrētajai situācijai.
  • Pievienojot pārāk daudz vai pārāk maz smēreļļas, atsperes pretestība ir pārāk liela, un tā nevar paplašināties un normāli sarauties.
  • Pavasaris ir novecojis vai saīsināts.
  • Atsperes spiediena plāksne pēc nodiluma kļūst plāna.
  • Pievienotā smēreļļa neatbilst standartam.

Augšējā un apakšējā stīpa ir vaļīga.

6. Blietēšanas mašīnai ir netieši lēcieni un tā pārtrauc darbu pēc vairākiem lēcieniem.


Pateicības

T. J. Ronans pateicas Nacionālajam zinātnes fondam (NSF) [10.13039 / 100000001] (CDI-1125185) un Martina fondam, Ziemeļkarolīnas Universitātei Chapel Hill, par finansiālu atbalstu. T. D. Maikels pateicas Boisas Valsts universitātei par finansiālu atbalstu. Visi autori pateicas Boisas parku un atpūtas pilsētai, Polam Primusam, Polam Šonfīlderam, Polam Kolinsam, Lerijam Oteimam, Džordanam Džonsonam, Hugo Ortizam un Vilam Vičerskim par palīdzību datu vākšanā HWMD seismakustisko eksperimentu laikā. Izmantotie dati ir uzskaitīti Boisa Valsts universitātes Scholar Works datu krātuvē DOI: https: //doi.org/10.18122/B2K30X.

Lūdzu, ņemiet vērā: Izdevējs nav atbildīgs par jebkuras autoru sniegtās papildinformācijas saturu vai funkcionalitāti. Visi jautājumi (izņemot trūkstošo saturu) jānovirza attiecīgajam raksta autoram.