ЗАДАЧА О РАЗРУШЕНИИ ПЛОТИНЫ
Автор: Игорь Викторович Шуган
Соавторы: нет
Организация: Институт Океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии Наук, Москва
Рис. Схема экспериментальной установки для исследования течения при прорыве плотины.
Прорыв плотины представляет собой не только важную практическую проблему в гражданском и гидротехническом строительстве, но и фундаментальную проблему механики жидкости. В связи с материальным ущербом и гибелью множества людей, крайне важно иметь исчерпывающее понимание процессов прорыва плотины и седиментации при оползневых течениях. Главная цель данного исследования — детальный анализ механизмов прорыва плотины с помощью физического и теоретического моделирования. Наша экспериментальная работа была сосредоточена на начальных стадиях прорыва плотины в водном канале, где тонкая пластина, разделяющая воду на разных уровнях, импульсно вытягивается вертикально вверх, в результате чего образуется гидродинамическая бора. Теоретическая модель прорыва плотины основана на уравнениях мелкой воды Бенни. На гидродинамической боре требовались законы сохранения массы, импульса и энергии, в отличие от классических решений Риттера и Стокера, в которых закон сохранения энергии вообще не учитывался. Возникающий поток включает в себя несколько зон: ударную волну и последующий за ней поток сдвиговой вихревой составляющей, контактную поверхность и зону непрерывного истечения. В нашем решении волна движется быстрее, чем классическая волна, которая, в свою очередь, распространяется быстрее, чем контактная поверхность. Разрушающаяся волна характеризуется образованием структуры типа «грибовидной струи», включающей пару вихрей, направленных в противоположные стороны, и предвестник, образованный падающей струей, направленной вперед. Мы обнаружили, что скорость предвестника разрушающейся волны значительно выше скорости самой волны. Эксперименты, проведенные в волновом лотке Тайнаньской гидравлической лаборатории, подтвердили теоретические предсказания предложенной модели разрушающегося потока при различных начальных условиях.
1. Shugan, I.V., Chen, YY. and Hsu, CJ. Experimental and Theoretical Study on Flood Bore Propagation and Forerunner Generation in Dam-Break Flow // Phys. Wave Phen. 2020. Vol. 28. P. 274–284.
