ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Подводящий канал

Устройство подводящего канала необходимо для принятия вод, стекающих по склонам к логу, и подведения к трубе, мосту или быстротоку. Искусственные подходные русла должны обеспечивать пропуск всего расхода без их переполнения.

Расчёт подводящего канала сводится к определению нормальной и критической глубины, критического уклона, анализа состояния потока, определению средней скорости и обоснованию укрепления русла. Кроме этого необходимо привести расчёт гидравлически наивыгоднейшего профиля канала.

Определение нормальной глубины

Нормальная глубина h₀ – это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным [2,10].

Основная расчётная формула – формула Шези:

, (2.1)

где ω – площадь живого сечения, м²; С – коэффициент Шези, м^0,5/с;

R – гидравлический радиус, м; i₀ – уклон канала.

Для трапецеидального сечения (рис. 2.1)

ω=(b+m·h)·h, (2.2)

где h – глубина канала, м.

h m

b

Рис. 2.1.

Для определения коэффициента Шези С может применятся формула Павловского:

, (2.3)

где y=f(n,R).

Приближённо можно считать:

При R<1,0 м у=1.5· , (2.4)

При R>1.0 м y=1.3· . (2.5)

Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле:

, (2.6)

где χ – смоченный периметр, м, и для трапецеидального русла может быть определён:

(2.7)

Важным показателем при расчёте является расходная характеристика (модуль расхода) К₀, м³/с:

(2.8)

Вычисление нормальной глубины буду производить графоаналитическим методом.

Расчёт

1) определю необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине h₀₁:

2) задаюсь числовыми значениями произвольно выбранных глубин и вычислю соответствующие расходные характеристики по формуле:

K=ω·C· (2.9)

Для удобства расчёт сведу в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Расчёт расходных характеристик.

Расчётные формулы	Ед.изм	Назначаемые и определяемые величины
h1	h2	h3	h4	h5
h	м	1.00	0.80	0.60	0.40	0.20
ω=(b+m·h)·h	м2	4,2	3,04	2,04	1,2	0.52
	м	6,67	5,78	4,88	3,99	3,09
R=ω/χ	м	0.63	0.53	0.42	0.30	0.17
	м0.5/с	46,01	44,6	42,77	40,26	36,34
K=ω·C·	м3/с	153.38	98,71	56,54	26,46	7,79

3) построю кривую К = f(h) по значениям глубин и соответствующих расходных характеристик.

Масштаб для построения графика выбираю следующий: для оси глубин в 1см по вертикали вкладывается 0.2 м (1:20), для оси расходных характеристик масштаб произвольный (рис. 2.2).

Рис. 2.2

4) из графика видно что при числовом значении К=К₀₁=158,76 м³/с, величина нормальной глубины принимает следующие значение h₀=1,02 м.

В качестве второго метода определения нормальной глубины применю метод проф. Б.А. Бахметова.

1) задаю две произвольно выбранные глубины h_1­= 1 м, h_2­= 0.2 м и вычислю для этих глубин К₁,К₂. Из таблицы 2.1 К₁=153,38 м³/с, К₂=7,79 м³/с.

2) из соотношения:

нахожу гидравлический показатель русла:

;

если предположит что h₂=h₀ a K­₂=K₀ то можно написать равенство:

;

задам значения: h₁= 0.2 м из таблицы 2.1 K₁=7,79 м³/с.

К₀=К₀₁=153,38 м³/с, X =3.7.

Определение критической глубины

Критической глубиной h_к называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения.

Если задано поперечное сечение русла, а также расход Q₀, то критическая глубина определяется из уравнения [2]:

(2.10)

где Э – удельная энергия сечения, м, определяемая по формуле:

(2.11)

Для дорожно-мостового и аэродромного строительства при движении жидкости в каналах коэффициент Кориолиса принимают α =1.1 [2].

Дифференцируя выражение (2.11) по h из условия при глубине, равной критической, получаем уравнение критического состояния потока:

(2.12)

где g – ускорение свободного падения, м/с²; ω_k – площадь живого сечения при критической глубине, м²; В_k - ширина канала поверху при критической глубине, м (рис. 2.3).

B_k=b+2·m·h_k (2.13)

B_k

h_k

b

Рис. 2.3

Для определения критической глубины буду использовать метод подбора.

Расчёт

1) из уравнения критического состояния потока при заданном расходе Q₀ определю числовое значение величины ;

= м⁵.

2) задавая числовые значения произвольно выбранным глубинам, вычислю соответствующие значения . Для удобства расчёт сведу в таблицу 2.2.

Таблица 2.2. Определение критической глубины.

h, м	ω=(b+m·h)·h	B=b+2·m·h
0.20	0,52	3,0	0,05
0.40	1,2	2,8	0,62
0.60	2,04	3,6	2,36
0.80	3,04	4,4	6,38
1.00	4,2	6,2	11,95
1.20	5,52	7,0	24,03
1.40	7,0	7,8	43,97
1.60	8,64	8,6	75,0

3) построю кривую = f(h). Масштаб для построения графика приму следующий: для оси глубин – 1:20, для оси в один см вкладывается 1 м⁵ .

Рис. 2.4. График к определению h_k.

Из графика видно что при =6,65 м⁵, h=h_k= 0.85 м.

В качестве второго метода применю графический метод.

1) задавая числовые значения произвольно выбранным глубинам, вычислю значения удельной энергии. Для удобства расчёт сведу в таблицу 2.3.

Таблица 2.3. Определение значений удельной энергии.

H, м	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6
	10,65	2,36	1,28	1,11	1.16	1.29	1.46	1.64

2) построю кривую . Масштаб для построения графика приму следующий: для оси глубин – 1:20, для оси Э(h) в один см вкладывается 1м.

Рис. 2.5. График к определению h_k.

3) из графика видно что минимальное значение удельной энергии достигается при h=h_k= 0.85 м.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: