Ключевые слова
поток воды
потери энергии
гидравлический напор
SolidWorks Flow Simulation
CFD
гидроэнергетика
скорость потока
Как цитировать
Аннотация
В данной статье исследуются потери энергии (напора), возникающие в потоке воды, проходящем через смачиваемые поперечные сечения различных геометрических форм — прямоугольной, трапецеидальной, треугольной, полукруглой и параболической. Анализ был выполнен в среде вычислительной гидродинамики (CFD) SolidWorks Flow Simulation, где для каждого типа сечения определялись распределение скорости потока, поле давления и гидравлические потери при одинаковых гидравлических условиях. Потери напора, предсказанные CFD, оказались существенно выше одномерных аналитических оценок по Darcy–Weisbach, что указывает на то, что CFD-модель учитывает дополнительные трёхмерные эффекты, возмущения на входе и выходе, а также вторичные течения, вызванные углами, которые не полностью отражаются в упрощённой аналитической модели. Согласно результатам CFD, полукруглое сечение обеспечило наименьшие энергетические потери, примерно на 26% меньше, чем прямоугольное, тогда как аналитический расчёт Darcy–Weisbach показал меньшую разницу — примерно 12–13%. Были даны рекомендации по оптимальной форме поперечного сечения для снижения энергетических потерь в малых гидротехнических сооружениях.
Список литературы
1. Ahmadi, M., & Yang, S.-Q. (2021). Numerical investigation of flow characteristics in open channels with different cross-section shapes. Water, 13(18), 2546. https://doi.org/10.3390/w13182546
2. Akan, A. O. (2006). Open channel hydraulics. Butterworth-Heinemann.
3. Bahrami, A., & Naghavi, A. R. (2020). CFD simulation of energy loss in open channel flow using SolidWorks Flow Simulation. Journal of Hydraulic Engineering, 26(4), 112–125.
4. Chow, V. T. (1959). Open-channel hydraulics. McGraw-Hill.
5. Dassault Systèmes. (2021). SolidWorks Flow Simulation technical reference. Dassault Systèmes.
6. French, R. H. (1985). Open-channel hydraulics. McGraw-Hill.
7. Henderson, F. M. (1966). Open channel flow. Macmillan.
8. Launder, B. E., & Spalding, D. B. (1974). The numerical computation of turbulent flows. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3(2), 269–289. https://doi.org/10.1016/0045-7825(74)90029-2
9. Mamatov, N. Yo., & Xudoyqulov, S. I. (2022). Improving the efficiency of using water flow energy in hydropower facilities. Journal of Water Management of Uzbekistan, (3), 41–47.
10. Manning, R. (1891). On the flow of water in open channels and pipes. Transactions of the Institution of Civil Engineers of Ireland, 20, 161–207.
11. Munson, B. R., Young, D. F., Okiishi, T. H., & Huebsch, W. W. (2013). Fundamentals of fluid mechanics (7th ed.). Wiley.
12. Paish, O. (2002). Small hydro power: Technology and current status. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 6(6), 537–556. https://doi.org/10.1016/S1364-0321(02)00006-0
13. Rashidov, T. R., & Mamatov, N. Yo. (2018). Hydraulics of water flow in hydraulic structures. Fan.
14. Shterenlikht, D. V. (1991). Hydraulics: Textbook. Energoatomizdat.
15. Sotvoldiyev, D., & Glovatskiy, O. (2019). Hydraulics of water management structures. Fan va texnologiya.
16. Sturm, T. W. (2010). Open channel hydraulics (2nd ed.). McGraw-Hill.
17. Versteeg, H. K., & Malalasekera, W. (2007). An introduction to computational fluid dynamics: The finite volume method (2nd ed.). Pearson.
18. White, F. M. (2016). Fluid mechanics (8th ed.). McGraw-Hill Education.
19. Wilcox, D. C. (2006). Turbulence modeling for CFD (3rd ed.). DCW Industries.
20. Yang, S.-Q., Tan, S. K., & Lim, S. Y. (2004). Velocity distribution and dip-phenomenon in smooth uniform open channel flows. Journal of Hydraulic Engineering, 130(12), 1179–1186. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2004)130:12(1179)
21. Çengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2018). Fluid mechanics: Fundamentals and applications (4th ed.). McGraw-Hill Education.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторское право (c) 2026 Urishev, B., Ochilov, O.B. (Muallif)