Исходные данные
Вариант № 3/9
ü - расход, м3/с =4,3
- ширина канала по низу, м = 2,2
- уклон подводящего канала =0,001
- уклон быстротока =0,15
- уклон отводящего канала =0,0036
- длина быстротока, м =10
- высота перепада, м =2,5
- коэффициент заложения откоса канала =3,0
- коэффициент шероховатости стенок канала =0,0250
ü быстроток, перепад и гаситель энергии – прямоугольной формы
материал стенок – бетон (n = 0,014)
ü длина каналов не ограничена
Гидравлический расчет водопроводящих 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.
Расчет подводящего канала сводится к определению нормальной и критической глубины, критического уклона, анализа состояния потока, определению средней скорости и обоснованию укрепления русла. Кроме этого производиться расчет гидравлически наивыгоднейшего профиля канала. Все величины определяются двумя методами, для проверки правильности. [1].
|
|
лист
2.1.1. Определение нормальной глубины КР-2068982-271501-АДМ-ПД-139-10-2013
Нормальная глубина - это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным.
Основная расчетная формула – формула Шези: [1].
, где (2.1)
-площадь живого сечения, м2;
C – коэффициент Шези, м0,5/с;
R – гидравлический радиус, м;
- уклон канала.
Для трапецеидального сечения (рис.1):
, (2.2)
где h –глубина канала, м.
рис.1 Поперечное сечение подводящего канала.
Категория грунта ( =3,0)– мелкозернистые песчаные грунты. Характеристика поверхности ( =0,0250) – габионовая кладка.
Таблица 1. Определение расходных характеристик
Расчетные формулы | Ед. изм. | Назначаемые и определяемые величины | ||||
м | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | ||
м2 | 2,4 | 3,01 | 3,68 | 3,92 | 5,2 | |
м | 5,99 | 6,62 | 7,26 | 7,89 | 8,52 | |
м | 0,40 | 0,45 | 0,51 | 0,5 | 0,61 | |
м0,5/с | 32,1 | 33,10 | 34,10 | 33,94 | 35,58 | |
м3/с | 48,7 | 66,83 | 89,62 | 94,07 | 114,5 |
Приближенно по Н.Н. Павловскому: при R < 1,0 (2.3)
лист |
КР-2068982-271501-АДМ-ПД-139-10-2013 |
Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле
, где (2.4)
- смоченный периметр, м, и для трапецеидального русла может быть определен:
(2.5)
Расходная характеристика (модуль расхода):
, м3/с. (2.6)
Графоаналитический метод определения нормальной глубины:
м3/с (расходная характеристика, соответствующая нормальной глубине)
График
По графику определяем, что
В качестве второго метода определения нормальной глубины используем метод проф. Б.А. Бахметева:[2].
|
|
1) задаем две произвольно выбранные глубины h1 = 0,9 м, h2 = 1,0 м и вычисляем для этих глубин К1 и К2. Из таблицы 1 К1 = 94,07 м3/с, К2 = 114,5 м3/с.
2) из соотношения:
. (2.7)
находим гидравлический показатель русла:
лист |
КР-2068982-271501-АДМ-ПД-139-10-2013 |
Если предположить, что h2 =h0, a K2 = K0, то можно написать равенство:
. (2.9)
Зададим значение: h1 = 0,9 м из Таблицы 1 К1 = 94,07м3/с.
= = м3/с, Х = 3,731
м
Вывод: по результатам определения нормальной глубины двумя способами для дальнейшего расчета принимаем .
2.1.2. Определение критической глубины
Критической глубиной называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения.
Уравнение критического состояния потока
, где (2.10)
- ускорение свободного падения, м/с2;
- площадь живого сечения при критической глубине, м2;
- ширина канала поверху при критической глубине, м;
=1,1 (для дорожно-мостового и аэродромного строительства)
(2.11)
лист |
КР-2068982-271501-АДМ-ПД-139-10-2013 |
рис.2 Поперечное сечение подводящего канала.
Определение критической глубины методом подбора.
(2.12)
Таблица 2. Определение величин
, м | , м2 | , м | , м5 |
0,6 | 2,40 | 5,80 | 2,38 |
0,7 | 3,01 | 6,40 | 4,23 |
0,8 | 3,68 | 7,00 | 7,12 |
0,9 | 3,92 | 7,60 | 7,93 |
5,20 | 8,20 | 17,15 |
лист |
КР-2068982-271501-АДМ-ПД-139-10-2013 |
По графику определяем м
В качестве второго метода определения критической глубины используем метод проф. И.И. Агроскина [5].
1) вычислю критическую глубину hк для условного прямоугольного русла с шириной b, равной по дну этого канала по формуле:
(2.13)
2) Нахожу значения величины σп по формуле:
(2.14) |
3) вычисляю исходную критическую глубину трапецеидального канала по формуле:
(2.15)
лист |
КР-2068982-271501-АДМ-ПД-139-10-2013 |
2.1.3. Определение критического уклона
Критическим уклоном называется такой уклон, при котором заданный расход Q0 проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной hk, т.е. при соблюдении равенства:
а) (2.16)
(2.17)
(2.18)
б) (2.19)
- спокойное состояние потока |
<
>
лист
КР-2068982-271501-АДМ-ПД-139-10-2013