ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГАСИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЫЖКА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ

Бурный поток, образующийся после перелива через плотину или в конце быстротока, обладает относительно большой кинетической энергией и может разрушать русло, что опасно и для самого сооружения, которое может оказаться подмытым.

Наличие больших скоростей воды за сооружением заставляет строить в нижнем бьефе мощное и дорогостоящее крепление.

Для того чтобы уменьшить мощность этого крепления и снизить его стоимость, на более короткой длине за сооружением необходимо:

1) преобразовать часть получившейся в нижнем бьефе кинетической энергии в потенциальную, доведя относительно малую глубину h_c до величины h_б;

2) погасить оставшуюся часть избыточной кинетической энергии, т.е. рассеять ее, преобразовав в тепло за счет работы сил трения.

Гася за сооружением избыточную кинетическую энергию, вместо отогнанного гидравлического прыжка получаем затопленный прыжок, причем мощность крепления в нижнем бьефе снижается. Специальные устройства, сооружаемые в нижнем бьефе с целью гашения, называются гасителями энергии гидравлического прыжка.

В качестве гасителей энергии гидравлического прыжка можно применить водобойный колодец или водобойную стенку.

Расчет водобойного колодца

Чтобы предупредить образование отогнанного прыжка в нижнем бьефе сооружений, необходимо увеличить глубину нижнего бьефа. Для этого устраивают водобойные колодцы (рисунок 13) [1].

Рисунок 13 – Водобойный колодец

Гидравлический расчет водобойного колодца состоит в определении глубины колодца a и его длины l_к.

Необходимая глубина колодца a, м, при которой получается затопленный прыжок, должна удовлетворять условию

. (52)

При этом перепадом на водобойном уступе можно пренебречь.

Предварительно определяется так называемая теоретическая глубина колодца a₀, м, при которой прыжок устанавливается в сжатом сечении и которая удовлетворяет уравнению

. (53)

Уравнение (55) необходимо решать подбором. Задаваясь различными значениями a₀,определяются величины

(54)

По графику (рисунок 12) определяют величины h_с, по уравнению (51) вычисляются соответствующие величины . Результаты вычислений сводят в таблицу 11.

Таблица 11 – Определение глубины колодца

а₀, м	h_c, м	(a₀+ h_б), м

По данным таблицы 11 строят кривую = f₁(a₀) и прямую (a₀ + ) = = f₂(a₀) (рисунок 14). Точка пересечения этих линий соответствует теоретической глубине колодца a₀.

Чтобы получить затопленный прыжок, глубину колодца необходимо увеличить на 5–10 %, при этом действительная глубина колодца определяется из выражения

a = (1,05…1,10)a₀. (55)

Длина колодца, м, зависит от типа сооружения и для плотины определяется по формуле l_к = L

(56)

где – длина гидравлического прыжка, м.

В случае перепада на канале (и быстротоке) длина колодца, м,

(57)

где l₁ – дальность отлета струи, м.

Длина гидравлического прыжка рассчитывается по эмпирической формуле Сафранеца

(58)

где – вторая глубина прыжка, м, соответствующая действительной глубине колодца a.

Рисунок 14 – График для определения глубины колодца

Дальность отлета струи, м,

(59)

Расчет водобойной стенки

Водобойная стенка представляет собой преграду в русле нижнего бьефа в виде водослива практического профиля (рисунок 15) [1].

Водобойная стенка должна обеспечить сопряжение по типу затопленного гидравлического прыжка. Гидравлический расчет водобойной стенки сводится к определению высоты стенки и расстояния ее до сжатого сечения . Глубина воды перед стенкой должна быть больше второй сопряженной глубины ( ).

Рисунок 15 – Водобойная стенка

Глубина воды перед стенкой

(60)

где – геометрический напор перед стенкой, м.

Тогда

= + , (61)

(61)

откуда,

= - (62)

Принимая водобойную стенку как неподтопленный водослив практического профиля без бокового сжатия, получим выражение напора

= , (63) (63)

где Q – расход потока, поступающего в нижний бьеф, м³/c;

m 0,40 – коэффициент расхода водослива;

b – длина водобойной стенки (ширина русла нижнего бьефа), м;

v_CT– средняя скорость потока на подходе к водобойной стенке, м/c.

v_CT = . (64)

После определения высоты водобойной стенки необходимо определить условие сопряжения потока за стенкой. В случае, если за стенкой наблюдается отогнанный прыжок, то для предотвращения отгона прыжка необходимо рассчитать вторую стенку или запланировать устройство комбинированного водобойного колодца.

Расстояние от сжатого сечения до водобойной стенки определятся аналогично расчету длины водобойного колодца.

6 ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИИ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ

Построение линии свободной поверхности можно осуществить, используя пакет прикладных программ MathCAD с применением метода численного интегрирования (метода Рунге – Кутта).

Методом Рунге – Кутта можно решить основное дифференциальное уравнение неравномерного установившегося движения, используя только заданные характеристики русла водотока и расход воды.

Метод Рунге – Кутта имеет несколько достоинств. Поскольку для вычисления -го значения функции нужно лишь одно начальное значение , то метод является самостартующим. Выбор величины шага в программе осуществляется автоматически.

Данный метод реализуется в среде MathCAD функцией

(65)

где – начальное значение функции в точке ;

и – соответственно значения начала и конца отрезка интегрирования;

N – количество итераций;

D(s,h)= (66)

Таким образом, задав начальное значение функции границы отрезка и число итераций N, получаем координаты точек кривой свободной поверхности. Используя полученные значения и задавая различный уклон, можно построить кривую свободной поверхности.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 414; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!