Glava 8: Otvoreni tokovi

Otvoreni tok je takvo kretanje tečnosti pri kome je njena gornja površina u kontaktu sa gasom umesto sa čvrstom konturom i u kome je dinamički uticaj tog gasa na tečnost zanemarljiv. Otvoreni tokovi su isključivo vezani za tečnosti pa se umesto strujanja fluida govori o tečenju a u najvećem broju slučajeva se posmatra tečenje vode koja je u kontaktu sa atmosferom. Primeri otvorenih tokova su svuda oko nas: tečenje vode u reci, potocima, vestačkim kanalima i akvaduktima koje su pravili još stari Rimljani, kišnim kolektorima, tunelima kod hidrocentrala, kanalima za navodnjavanje i odvodnjavanje i slično.

Osnovne jednačine kojima se rešavaju otvoreni tokovi su iste kao i jednačine korišćene za proučavanje tečenja u cevi: jednačina kontinuiteta, dinamička i energetska jednačina. Otvoreni tokovi su, medjutim, dosta komplikovaniji od tečenja u cevi jer kod njih proticajni presek nije unapred poznat pa je moguće da voda pri istom protoku teče sa manjom ili većom dubinom. Da bi se odredila dubina u nekom preseku, pored tri spomenute jednačine potrebno je poznavati još i uzvodne i nizvodne granične uslove i način kako ti uslovi utiču na traženi presek.

U nastavku ove glave prvo će se dati uslovi pod kojima će važiti izvedene jednačine. Zatim će se definisati karakteristične dubine (normalna, kritična, spregnute dubine) koje odredjuju karakter toka i način njegovog reagovanja na granične uticaje. Pomoću tih dubina će se analizirati mogući oblici linije nivoa duž kanala konstantnog nagiba (nejednoliko tečenje) i uticaj pojedinih kontrolnih preseka na tok.

Sadržaj glave 8

8 Ustaljeno tečenje u otvorenim tokovima
    8.1 Pretpostavke i uslovi za izvodjenje jednačina
    8.2 Jednoliko tečenje, normalna dubina
    8.3 Raspored brzina u preseku
    8.4 Specifična energija, kritična dubina
       8.4.1 Specifična energija
       8.4.2 Kritična dubina
       8.4.3 Kritičan nagib dna kanala
       8.4.4 Miran i buran režim tečenja
    8.5 Hidraulički skok
    8.6 Nejednoliko tečenje (blago promenljivo)
       8.6.1 Diferencijalna jednačina linije nivoa
       8.6.2 Rešavanje diferencijalne jednačine linije nivoa
    8.7 Oblici linije nivoa kod nejednolikog tečenja
       8.7.1 Nagib linije energije jednak nagibu dna
       8.7.2 Dubina jednaka kritičnoj a različita od normalne
       8.7.3 Velika dubina u kanalu
       8.7.4 Nagib dna kanala manji od kritičnog nagiba
       8.7.5 Nagib dna kanala veći od kritičnog nagiba
       8.7.6 Linija nivoa kod promene nagiba ili hrapavosti dna
    8.8 Isticanje ispod ustave
    8.9 Prelivanje preko širokog praga