УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ТОНКИМ СЛОЕМ ПО ПОВЕРХНОСТИ ОБРЫВА И ПО БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ КРИВОЙ Российский патент 2006 года по МПК A01B13/16 

Описание патента на изобретение RU2287922C1

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для изучения овражной эрозии, и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии.

Известен механизм развития вершины оврага [1]: часть талых и ливневых вод, стекая с водосбора в овраг, низвергается водопадом на дно оврага, образуя водобойный колодец, а часть воды, стекая тонким слоем по поверхности обрыва, размывает его, причем размывается преимущественно нижняя часть обрыва, сложенная материнской породой и имеющая меньшую эрозионную стойкость, чем почвенный горизонт как более эрозионно устойчивый; затем нависшие почвенные горизонты под влиянием силы тяжести дают трещины и обрушиваются на дно оврага; снова начинается размывание менее устойчивой материнской породы, выработка ниши с нависающими более прочными почвенными горизонтами, затем обвал и т.д. (см. [1], с.128-129, фиг.47, фиг.48).

В известном механизме развития вершины оврага невозможно определить количество воды, стекающей тонким слоем по поверхности обрыва и разрушающей материнскую подстилающую породу, и количество воды, низвергающейся по баллистической кривой и образующей водобойный колодец, а также определение критического значения расхода воды, при котором начинается движение жидкости по баллистической кривой и, следовательно, прогнозировать развитие вершины оврага и разрабатывать эффективные мероприятия по предотвращению роста вершины оврага.

Известно устройство для моделирования течения жидкости тонким слоем по стенке сосуда, содержащее сосуд с жидкостью, выполненный с возможностью изменения угла наклона сосуда и расхода сливающейся из сосуда жидкости [2]. (Заметим, что о движении жидкости по стенке сосуда тонким слоем описано М.Рейнером [2] (с.44-46) в так называемом «типот-эффекте», часто наблюдаемом в повседневной жизни, когда разливают чай из чайника; от слова teapot - чайник (англ.)).

Недостатком известного устройства является нечеткое установление начала течения жидкости тонким слоем по стенке сосуда (по поверхности обрыва) и по баллистической кривой.

Цель изобретения - повышение точности определения начала течения жидкости тонким слоем по поверхности обрыва и по баллистической кривой.

Цель достигается тем, что в устройстве для моделирования течения жидкости тонким слоем по стенке сосуда, содержащем сосуд с жидкостью, выполненный с возможностью изменения угла наклона сосуда и расхода сливающейся из сосуда жидкости, устройство снабжено рабочей поверхностью, выполненной в продольном сечении в виде швеллера и ограниченную с торцов швеллера бортиками, сосудом Мариотта постоянного напора для подачи жидкости посредством трубопровода с зажимом Гофмана и насадка на рабочую поверхность - верхнюю часть полки швеллера, причем нижняя часть рабочей поверхности - нижняя часть полки швеллера установлена на рамку, регулируемую по углу наклона к горизонтальной плоскости, а рамка шарнирно закреплена на стенке мерной емкости для сбора жидкости, стекающей с верхней части полки швеллера по баллистической кривой, а под нижней полкой швеллера установлена мерная емкость для сбора жидкости, стекающей тонким слоем по рабочей поверхности.

Сопоставительный анализ с прототипами показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: выполнением рабочей поверхности в продольном сечении в виде швеллера и ограничением с торцов швеллера бортиками; сосудом Мариотта постоянного напора для подачи жидкости посредством трубопровода с зажимом Гофмана и насадка на рабочую поверхность - верхнюю часть полки швеллера; мерной емкости для сбора жидкости, стекающей по баллистической кривой с верхней части полки швеллера, а также мерной емкости, установленной под нижней полкой швеллера и предназначенной для сбора жидкости, стекающей тонким слоем по рабочей поверхности.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».

На фиг.1 показано устройство, вид сбоку; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит рабочую поверхность 1, выполненную в продольном сечении в виде швеллера и ограниченную с торцов швеллера бортиками 2, сосуд Мариотта 3 постоянного напора для подачи жидкости посредством трубопровода 4 с зажимом Гофмана 5 и насадка 6 на рабочую поверхность - верхнюю часть полки швеллера. Сосуд 3 снабжен подвижной Мариоттовой трубкой 7 для поддержания постоянного напора, трубкой 8 для заполнения сосуда 3 водой, а также шкалой расхода воды 9. Нижняя часть 10 рабочей поверхности - нижняя часть полки швеллера установлена на рамку 11, регулируемую по углу наклона α к горизонтальной плоскости. Регулируемая по углу наклона рамка 11 шарнирно закреплена на стенке мерной емкости 12 для сбора жидкости, стекающей с верхней части полки швеллера по баллистической кривой 13. Для сбора жидкости, стекающей тонким слоем 14 по рабочей поверхности 1 устройства, под нижней полкой 10 швеллера установлена мерная емкость 15.

Устройство функционирует следующим образом. Регулируемая по углу наклона рамка 11 устанавливается под заданным углом α. В системе постоянного напора с помощью подвижной Мариоттовой трубки 7 устанавливается заданный расход воды. Последовательно изменяя расход воды Qв с помощью системы постоянного напора, определяется критическое значение расхода Qв кр, при котором начинается движение жидкости по баллистической кривой 13. Одновременно фиксируется количество воды, стекающей тонким слоем 14 по рабочей поверхности 1, и количество воды, стекающей с верхней части полки швеллера по баллистической кривой 13 за единицу времени соответственно при помощи мерных емкостей 15 и 12.

Изучение течения жидкости на предлагаемом устройстве показало, что движение жидкости тонким слоем по рабочей поверхности зависит от заданного расхода воды Qв, угла наклона α рабочей поверхности к горизонтальной поверхности и соотношения высоты потока к его ширине. Измерение расхода Qб воды, движущейся по баллистической кривой, и расхода Qт воды, движущейся тонким слоем, при заданном расходе Qв позволили установить, что движение жидкости тонким слоем (типот-расход Qт) наблюдается всегда на перфорированных шероховатых поверхностях и резко начинает уменьшаться до минимальных значений при начале течения жидкости по баллистической кривой. Изучение течения жидкости по гладкой несмачиваемой (рабочая поверхность покрывалась тонким слоем парафина) и смачиваемой рабочим поверхностям показали, что величина Qт имеет минимальные значения и тем не менее течение тонким слоем происходит даже при достаточно больших заданных расходах воды Qв.

Наблюдения, проведенные в полевых условиях, также подтвердили лабораторные исследования: вследствие течения жидкости тонким слоем обрыв вершины эрозионно разрушается и имеет вид ниши или пещеры.

Используемое устройство для моделирования течения жидкости тонким слоем по поверхности обрыва и по баллистической кривой позволяет точно определить начало течения жидкости тонким слоем по рабочей поверхности и по баллистической кривой, следовательно, прогнозировать развитие вершины оврага и разрабатывать эффективные мероприятия по предотвращению роста вершины оврага.

Источники информации

1. Соболев С.С. Развитие эрозионных процессов на территории Европейской части СССР и борьба с ними. T.1., - М. - Л.: Изд-во АН СССР, С.128-129.

2. Рейнер М. Деформация и течение. Введение в реологию. - М.: Гос. науч.-техн. изд-во нефтяной и горнотопливной литературы. 1963, С.44-46.

Похожие патенты RU2287922C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ МЕТОДОМ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА 2007
  • Максимов Владимир Иванович
  • Максимов Иван Иванович
  • Чернов Владислав Геннадьевич
  • Васильев Сергей Анатольевич
RU2339944C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ НА ТРЕНИЕ 2005
  • Максимов Иван Иванович
  • Васильев Сергей Анатольевич
  • Максимов Владимир Иванович
RU2292539C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ЭРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ДЛЯ МЕРЗЛОГО ПОЧВОГРУНТА 2007
  • Максимов Владимир Иванович
  • Максимов Иван Иванович
  • Егоров Виталий Петрович
  • Васильев Сергей Анатольевич
RU2346275C1
Устройство для изучения формирования микрорусла на склонах 2017
  • Максимов Иван Иванович
  • Васильев Сергей Анатольевич
  • Михайлов Анатолий Николаевич
  • Михайлов Андрей Николаевич
RU2675602C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМОЧЕННОГО ПЕРИМЕТРА ДЛЯ РУСЛА С ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ 2005
  • Максимов Иван Иванович
  • Васильев Сергей Анатольевич
  • Максимов Владимир Иванович
RU2292034C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ДЛЯ ТАЛОГО ПОЧВОГРУНТА С УЧЕТОМ ИНФИЛЬТРАЦИИ 1991
  • Максимов И.И.
  • Сироткин В.М.
RU2032159C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ПОЧВОГРУНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1990
  • Максимов И.И.
  • Сироткин В.М.
RU2021647C1
Устройство для борьбы с овражной эрозией 1990
  • Максимов Иван Иванович
  • Максимов Владимир Иванович
SU1738109A1
Устройство для регулирования расхода 1960
  • Максимов Л.Н.
SU148543A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БОРЬБЫ С ОВРАЖНОЙ ЭРОЗИЕЙ 1991
  • Максимов В.И.
  • Максимов И.И.
RU2041577C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 287 922 C1

Реферат патента 2006 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ТОНКИМ СЛОЕМ ПО ПОВЕРХНОСТИ ОБРЫВА И ПО БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ КРИВОЙ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, предназначено для изучения овражной эрозии и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии. Устройство содержит сосуд с жидкостью. Сосуд выполнен с возможностью изменения угла наклона и расхода сливающейся из сосуда жидкости. Устройство снабжено рабочей поверхностью. Рабочая поверхность в продольном сечении выполнена в виде швеллера и ограничена с торцов швеллера бортиками. Устройство содержит сосуд Мариотта постоянного напора для подачи жидкости, трубопровод с зажимом Гофмана, насадку на верхнюю часть полки швеллера. Нижняя часть полки швеллера установлена на рамку. Рамка регулируется по углу наклона к горизонтальной плоскости. Техническим результатом является повышение точности определения начала течения жидкости по поверхности обрыва и по баллистической кривой. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 287 922 C1

1. Устройство для моделирования течения жидкости тонким слоем по поверхности обрыва и по баллистической кривой, содержащее сосуд с жидкостью, выполненный с возможностью изменения угла наклона сосуда и расхода сливающейся из сосуда жидкости, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения начала течения жидкости тонким слоем по поверхности обрыва и по баллистической кривой, устройство снабжено рабочей поверхностью, выполненной в продольном сечении в виде швеллера и ограниченную с торцов швеллера бортиками, сосудом Мариотта постоянного напора для подачи жидкости посредством трубопровода с зажимом Гофмана и насадка на рабочую поверхность - на верхнюю часть полки швеллера, причем нижняя часть рабочей поверхности - нижняя часть полки швеллера установлена на рамку, регулируемую по углу наклона к горизонтальной плоскости.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулируемая по углу наклона рамка шарнирно закреплена на стенке мерной емкости для сбора жидкости, стекающей с верхней части полки швеллера по баллистической кривой.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что под нижней полкой швеллера для сбора жидкости, стекающей тонким слоем по рабочей поверхности, установлена мерная емкость.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2287922C1

Рейнер М
Деформация и течение
Введение в реологию
- М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы
Приспособление к комнатным печам для постепенного сгорания топлива 1925
  • Галахов П.Г.
SU1963A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БОРЬБЫ С ОВРАЖНОЙ ЭРОЗИЕЙ 1991
  • Максимов В.И.
  • Максимов И.И.
RU2041577C1
Установка для моделирования эрозионных процессов,возникающих от стока талых снеговых вод 1986
  • Максимов Иван Иванович
SU1340602A1
GB 191125261 A, 23.11.1911.

RU 2 287 922 C1

Авторы

Максимов Иван Иванович

Максимов Владимир Иванович

Даты

2006-11-27Публикация

2005-05-17Подача