Анотація до роботи:

Рябенко О.А “Теоретичні основи і методи розрахунків білякритичних течій рідини з вільною поверхнею”, - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.16 – гідравліка та інженерна гідрологія. – Український державний університет водного господарства та природокористування, Рівне, 2003.

Дисертація присвячена проблемі створення теоретичних основ і практичних методів розрахунків білякритичних течій рідини з вільною поверхнею. Розроблена математична модель хвилеподібних білякритичних течій, яка враховує можливе викривлення у вертикальній площині елементарних струминок в початковому перерізі розглядуваних явищ, встановлена адекватність цієї моделі реальним явищам. Виведено та проінтегровано узагальнене диференціальне рівняння профілю вільної поверхні хвилеподібних білякритичних течій. Доведено факт існування додаткових гідравлічних опорів цих течій. Встановлена принципова різниця в моделюванні турбулентних потоків за критеріями Рейнольдса і Фруда. На основі комплексних теоретичних та експериментальних досліджень розроблені методи розрахунків основних характеристик білякритичних течій та практичні рекомендації для гідравлічного розрахунку шлюзів-регуляторів.

1.Існуючі методики розрахунків білякритичних течій відносяться до окремих типів явищ або окремих типів споруд, не узгоджені між собою, дають суперечливі результати і не охоплюють всього класу розглядуваних явищ. Відсутність загальної теорії і надійних методик розрахунків білякритичних течій є причиною того, що характерні особливості цих течій часто не враховуються в процесі проектування і експлуатації гідротехнічних об’єктів, внаслідок чого відбуваються випадки руйнувань та аварій споруд, працюючих в умовах виникнення білякритичних режимів.

2.Побудована математична модель усталених і неусталених перманентних хвилеподібних білякритичних течій, яка враховує викривлення потоку у вертикальній площині, причому характеристики цих течій виражені через відповідні параметри потоку в початковому перерізі розглядуваних явищ. Доведена адекватність розробленої математичної моделі реальним явищам.

3.На основі запропонованої математичної моделі виведено узагальнене диференціальне рівняння профілю вільної поверхні хвилеподібних білякритичних течій, отримані його загальний і частинний (солітонний) розв’язки, які враховують можливе відхилення від гідростатичного розподілу тиску в початковому перерізі цих течій.

4.Визначені умови існування кноїдальних хвиль та самотньої хвилі, як умови існування загального і солітонного розв’язків узагальненого диференціального рівняння профілю вільної поверхні хвилеподібних білякритичних течій. Встановлено, що кноїдальні хвилі можуть існувати в спокійних, критичних і бурхливих потоках, причому в початковому перерізі цих хвиль потік може бути тільки ввігнутим, а розподіл тиску по глибині в цьому перерізі не підпорядковується гідростатичному закону. Самотня хвиля може існувати лише в бурхливих потоках з гідростатичним розподілом тиску в її початковому перерізі.

5.Розроблені теоретичні основи білякритичних течій рідини з вільною поверхнею дозволяють з єдиних позицій розглядати велику групу гідравлічних явищ, до яких віднесені як нерухомі в просторі явища з усталеним в часі рухом рідини, так і рухомі з неусталеним перманентним рухом, утворювані в спокійних, критичних і бурхливих потоках з характерними глибинами чи швидкостями, близькими до критичних значень.

6.Розроблено метод розрахунків профілю вільної поверхні кноїдальних хвиль, самотньої і одиночної хвилі, хвилястого стрибка і групових хвиль переміщення, який враховує можливе відхилення від гідростатичного закону розподілу тиску в їх початковому перерізі. Виявлені межі застосування математичної моделі хвилястого стрибка і групи хвиль переміщення, у вигляді сукупності самотньої і кноїдальних хвиль, а також межі можливого використання теорії потенціального руху при розгляді білякритичних течій.

7.Запропоновано і використано оригінальний метод вивчення питання про подібність турбулентних потоків з осередненими характеристиками, змодельованими за критеріями Рейнольдса чи Фруда, оснований на спектральному розкладанні пульсаційної швидкості та аналізі вкладу в числа Кармана порівнюваних натурного і модельного потоків великих, середніх та дрібних вихорів. Доведено, що при моделюванні турбулентних потоків за критерієм Рейнольдса їх пульсаційні характеристики моделюються повністю, а при моделюванні цих потоків за критерієм Фруда пульсаційні характеристики натурного потоку перевищують відповідні характеристики модельного потоку, перераховані для натурних умов. При цьому для останнього випадку впливом масштабу моделі на відношення спряжених глибин білякритичних течій можна нехтувати.

8.Показана неможливість використання афінного моделювання для визначення повного комплексу характеристик білякритичних течій з хвилястою поверхнею та визначена мінімальна глибина потоку при гідравлічному моделюванні хвилеподібних явищ.

9.Розроблена і апробована нова методика експериментального вивчення гідравлічних опорів хвилеподібних білякритичних течій, яка основана на використанні диференціального рівняння Серра питомої енергії перерізу для різкозмінного руху та проведенні вимірювальних створів через вершини і підошви хвиль. Виявлено, що осереднені значення коефіцієнта гідравлічного тертя для різкозмінного руху з утворенням кноїдальних хвиль до 35%, а локальні значення цього коефіцієнта – до 75% перевищують відповідні значення коефіцієнта гідравлічного тертя для плавнозмінного руху.

10.Експериментальні дослідження білякритичних течій з хвилястою поверхнею показали, що зміни максимальної актуальної придонної швидкості, інтенсивності турбулентності, п’єзометричного тиску на дно та інших характеристик по довжині потоку мають хвилеподібний характер з чергуванням максимальних і мінімальних значень, що є однією з причин руйнування кріплення споруд та розмивів русел. Робота гідротехнічних споруд в умовах виникнення хвилеподібних білякритичних течій повинна врахуватися при проектуванні та експлуатації таких споруд як окремий розрахунковий випадок.

11.Типові проекти шлюзів-регуляторів з клапанними затворами не забезпечують безаварійної роботи цих споруд. В процесі експлуатації таких регуляторів при переході від режимів з малими глибинами до режимів з великими глибинами і навпаки в нижньому б’єфі утворюються білякритичні течії з хвилястою поверхнею.

12.Застосування розробленого методу розрахунків та проектування нижнього б’єфу розглядуваних шлюзів-регуляторів з гасителями рекомендованої конструкції дозволяє звести до мінімуму можливість виникнення хвилеподібних білякритичних течій в нижньому б’єфі цих споруд та значно поліпшити умови їх роботи.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ТА ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК В НИХ АВТОРА

1. Рекомендации по гидравлическому расчету шлюзов - регуляторов, оборудованных клапанными затворами, с учетом особенностей околокритических течений / Рябенко А.А. (общ. ред), Ловцов В.Б., Данильчук В.Н., Клюха О.А. / Госводхоз Украины, Укр. ин - т инж. водн. хоз - ва. - Киев - Ровно, 1993. - 77с. (Автором сформована наукова направленість, узагальнені результати досліджень, розроблена теоретична частина та методологія розрахунків, здійснене загальне редагування).

2. Рябенко А.А. Экспериментальные исследования сопряженных глубин околокритических течений // Гидравлика и гидротехника. - К.: Техника. -1977. - Вып. 25. - С. 70 - 78.

3. Рябенко А.А. Максимальная глубина околокритических течений с волнообразной поверхностью /Гидравлика и гидротехника. – К.: Техника, 1985. – Вып. 40. – С. 44 – 50.

4. Рябенко А.А. Экспериментальные исследования максимальной глубины околокритических течений с волнообразной поверхностью // Гидравлика и гилротехника. - К.: Техніка. - 1985. - Вып. 41. - С. 45 - 50.

5. Рябенко А.А Экспериментальное изучение околокритических течений, образующихся в нижнем бьефе открытых регуляторов // Гидромелиорация и гидротехническое строительство. Львов : Вища школа. - 1988. - Вып. 16. - С. 33 - 38.

6. Рябенко А.А., Величенко В.А. Особонности гидротехнического строительства в Тунисе // Гидротехническое строительство. - 1988. - №3. - С. 49 - 54. (Автором проаналізовано, систематизовано і узагальнено інформацію про конструктивні особливості гідровузлів і використовуваних на них типів гідротехнічних споруд, а також про гідравлічні і статичні умови їх роботи).

7. Рябенко А.А. Условия существования уединенной волны /Гидравлика и гидротехника. – К.: Техніка, 1989. - Вып. 49. – С. 35 – 41.

8. Рябенко А.А., Лапюк А.А., Шнайдер А.Э. Изучение околокритических течений в деривационном канале Константиновской ГЭС // Гидромелиорация и гидротехническое строительство. - Львов : Світ.-1990.-Вып. 18.-С. 54 - 58. (Автором розроблена програма і методика досліджень, здійснено аналіз і узагальнення отриманих даних).

9. Рябенко А.А. Условия существования волнистого прыжка // Гидротехническое строительство. - 1990. - №12. - С. 29 - 34.

10. Рябенко А.А. О подобии турбулентных потоков, смоделированных по Рейнольдсу или Фруду /Гидромеханика. - К.: Наукова думка, 1991. – Вып.63. – С. 20 – 28.

11. Рябенко А.А. Условия существования кноидальных волн /Гидравлика и гидротехника. – К.: Техніка, 1991. – Вып. 53. – С. 3 – 9.

12. Рябенко А.А. Типы, особенности и условия существования околокритических течений // Гидротехническое строительство. - 1992. - №5. - С. 9 - 13.

13. Рябенко А.А., Ловцов В.Б., Забулонский А.Ф., Компанец А.Н. Опыт эксплуатации русловых регуляторов (на примере Ирпенской и Здвижской осушительно - увлажнительных систем) // Мелиорация и водное хозяйство. - 1993. - №3. - С. 31 - 34. (Автором проаналізовано дані про роботу і стан шлюзів-регуляторів, розроблено методику натурних і лабораторних досліджень, на основі яких встановлено причини руйнувань та розмивів відвідного русла).

14. Рябенко О.А. Проблеми моделювання білякритичних течій /Водне господарство України. Спецвипуск, 1997. – С. 24 – 28.

15. Рябенко О.А. Деякі проблеми моделювання гідравлічних явищ /Збірник наукових статей "Актуальні проблеми водного господарства". – Рівне. – 1997. – С. 94 – 97.

16. Рябенко А.А. О представлении волнистого прыжка и группы волн перемещения как совокупности уединенной и кноидальных волн // Гидротехническое строительство. - 1998. - №5. - С. 9 - 14.

17. Рябенко О.А. Солітонні розв’язки деяких математичних моделей хвилеподібних білякритичних течій / Вісник РДТУ, Зб. наук. праць. - В. 2, ч. 1. - Рівне, 1999. - С. 200 -204.

18. Рябенко О.А. Профіль вільної поверхні хвилеподібних білякритичних течій та солітонні розв’язки деяких диференціальних рівнянь / Прикладна гідромеханіка. - НАН України, Інститут гідромеханіки. - Т.1. (73), №4, 1999. - С. 26 - 41.

19. Рябенко О.А. Особливості білякритичних течій та їх вплив на роботу гідротехнічних споруд // Водне господарство України.-№1-2, 2000.-С. 31 -33.

20. Рябенко О.А. Експериментальні дослідження гідравлічних опорів білякритичних течій / Вісник РДТУ, Зб. наук. праць. - В. 3 (5) , ч. 1. - Рівне, 2000. - С. 159 - 165.

21. Рябенко О.А. Особливості затухання інтенсивності турбулентності потоку по довжині хвилеподібних білякритичних течій // Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво, Зб. наук. праць. - В. 25. - Рівне, 2000. - С. 78 - 85.

22. Рябенко О.А., Клюха О.О., Чернобиль О.Є. Вибір оптимальної конструкції нижнього б’єфу шлюзів-регуляторів в умовах утворення білякритичних течій/Вісник РДТУ, вип.4(11). – Рівне, 2001. – С.98-105. (Автором узагальнено дані лабораторних і натурних досліджень шлюзів-регуляторів з клапанними затворами, на основі чого розроблені рекомендації по вибору оптимальної конструкції нижнього б’єфу цих споруд).

23. Рябенко А.А. Гидравлические сопротивления околокритических течений с волнообразной поверхностью /Гидротехническое строительство. – 2002. - №4. – С. 27 – 37.

24. Патент на винахід «Шлюз - регулятор» / Рябенко О.А., Ловцов В.Б., Данильчук В.М., Клюха О.О. / Україна, Держпатент. - 1997. - №21034А, Е 02 В 8/06, 7.10.1997. - 1с. (Автором узагальнено результати лабораторних досліджень однопрогінних шлюзів-регуляторів з клапанними затворами, на основі чого розроблена оригінальна конструкція гасителів енергії).

25. Рябенко А.А., Дупляк В.Д., Дадиани М.К., Писнячевский И.А., Забулонский А.Ф., Михайловский В.А. Шлюзы-регуляторы с клапанными затворами на осушительных и осушительно-увлажнительных системах / Укргипроводхоз, УИИВХ. - Киев. - Ровно. - 1988. - 6с. (Автором проаналізовані гідравлічні умови роботи шлюзів-регуляторів з клапанними затворами та проведені натурні і лабораторні дослідження таких споруд).

26. Дупляк В.Д., Рябенко А.А., Маркина Е.В. Аварийные водосбросы мелиоративных систем / Укргипроводхоз, УИИВХ. - К. - 1988. - 6 с. (Автором проаналізовані гідравлічні режими в водопровідних трубах водоскидів та можливості виникнення в них білякритичних течій).

27. Алиев К.А., Гнатюк Ю.К., Вышинский Л.А., Рябенко А.А. Особенности конструкции Перекопского канала / Укргипроводхоз, УИИВХ.-К.-1988. - 4 с. (Автором проаналізовані гідравлічні умови роботи гідротехнічних споруд на каналі та можливості виникнення на швидкотоці білякритичних течій).

28. Рябенко А.А. Условия существования околокритических течений /Материалы конференций и совещаний по гидротехнике: Гидравлика гидротехнических сооружений. – СПб.: Изд-во ВНИИГ, 1993. – С. 65 – 67.

29. Рябенко А.А., Ловцов В.Б., Данильчук В.Н., Головкин В.А. Лабораторные исследования околокритических течений в нижнем бьефе открытых регуляторов с клапанными затворами / Тезисы докладов НТК «Новые технические решения при производстве мелиоративных работ». - Ровно. - 1992. - С. 130 - 131. (Автором розроблена методика лабораторних гідравлічних досліджень та проаналізовані отримані результати).

30. Рябенко О.А., Штурхецький С.В. Білякритичні течії в безнапірних тунелях / Збірник статей за матеріалами ІІІ НТК професорсько - викладацького складу, аспірантів та студентів УДАВГ. - Рівне. - 1997. - С. 59 - 60. (Автором зібрана і проаналізована і узагальнена інформація про безнапірні тунелі, вплив білякритичних течій на умови їх роботи).

31. Рябенко А.А. Изучение условий существования уединенной волны /Тезисы конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве". – Новочеркасск, 1989. – С. 165 – 167.

32. Рябенко А.А. О проектировании открытых регуляторов с учетом особенностей околокритических течений / Тезисы докладов Республиканской НТК «Достижения НТП - в мелиорацию и водное хозяйство«. - Ровно. - 1987. - Ч.ІІІ. - С. 11 - 12.

33. Ryabenko A.A. Conditions Favorable to the Existence of an Undulating Jump // Hudrotechnical Constraction/Translated from russian. - Consultanst Bureau, New - York. - Desember 1990 - June 1991. - Vol.24, №12. - P.762 - 770.

34. Ryabenko A.A. Types, Caracteristics and Conditions of Existence of Near - Critical Flows // Hydrotechnical Construction. Translated from russian. - Consultants Bureau, New - York. - May - November 1992. - Vol.26, №5. - P.269 – 275.

35. Ryabenko A.A. Representation of a Wawe Jump and Group of Translation Wawes as a Combination of a Solitary Wawe and Knoidal Wawes // Hydrotechnical Construction.Translated from russian. - Consultants Bureau. - New - York. - May - November 1998. - Vol.32, №5. - P.246 - 252.

36. Ryabenko A.A. Free Surface Profil of Wavelike Near-Critical Flows and Solitary Solutions of some Differential Equations//Int. Journ. Fluid Mech. Research. – 2001. – Vol. 28, No 6. – P.834-856.