Воздействие аэрации на сооружения

При проектирова­нии сооружений, пропускаю­щих поток, с большими скоро­стями, решается ряд вопросов, связанных с аэрацией потока, т. е. захватом воздуха потоком. Захват воздуха происходит че­рез свободную поверхность при ее разрушении турбулент­ными возмущениями, поверхностными водоворотами, возни­кающими, например, при исте­чении воды из-под затвора, в гидравлическом прыжке, при обтекании элементов сооруже­ния, а также свободными стру­ями (рис. 2.5). Захват воздуха через свободную поверхность потока называют самоаэра­цией.

Отрицательное воздействие аэрации на сооружение заклю­чается, например, в «разбуха­нии» потока; которое требует для незамкнутых водопропуск­ных (водосбросных) сооруже­ний увеличения высоты бортов, ограничивающих  поток,  а для замкнутых - высоты водовода; заполнение сечения водовода водовоздушной смесью приводит к падению его пропускной способ­ности, нарушению устойчивости движения.

Аэрация сопровождается выделением воздуха (деаэрация) из потока на определенных участках напорных водоводов, что также приводит к нарушению устойчивости потока, а при образовании в потоке полостей, заполненных воздухом - к гидравлическим уда­рам. При проектировании напорных водосбросных сооружений приходится учитывать, что в области захвата потоком воздуха должно обеспечиваться поступление воздуха, а из областей его вы­деления - отвод воздуха.

Для определения параметров потока, при которых воздух начи­нает захватываться при самоаэрации, и количества захваченного воздуха через свободную поверхность или вальцом гидравлического рычажка существуют соответствующие формулы.

Рис. 2.5 Примеры аэрации потока:
а - захват воздуха потоком на быстрото­ке; б - аэрация потока в туннеле при истечении из-под затвора; в - аэрация сво­бодно отброшенной струи; А - выход турбулентных возмущений на свободную по­верхность; Н - Н - створ начала захвата воздуха;   14 - захват и выделение воздуха

Аэрация свободных струй, сбрасываемых в нижний бьеф с не­которой высоты (рис. 2.5, в), уменьшает дальность отлета струи и приводит к образованию насыщенных каплями и водяной пылью «облаков», что ухудшает условия службы (повышенная влажность, обледенение) наружного гидромеханического и электромеханиче­ского оборудования и низовой грани подпорного сооружения, уменьшает устойчивость примыкающих к сооружению крутых бере­говых откосов при их насыщении водой.

Аэрация потока, проходящего через гидроузел, обогащает воду кислородом, что имеет значение для условий жизни и размножения рыбы, особенно на участках рек ниже крупных водохранилищ, бед­ных свободным кислородом. В связи с этим предлагается установка донных водоспускных специальных устройств, обеспечивающих эф­фективное насыщение воды кислородом.