Розрахунок каналів з неоднорідною шорсткістю
На практиці зустрічаємо водотоки, в яких стінки і дно мають різну шорсткість. У таких випадках розрахунки ведуть за середнім коефіцієнтом шорсткості nсер.
При співвідношенні найбільшого і найменшого коефіцієнтів шорсткості середній коефіцієнт знаходимо за формулою
. (1.51)
При співвідношенні середній коефіцієнт визначаємо за формулою
, (1.52)
де x – повна довжина змоченого периметра; χ1; χ2 … χm – довжина частин змоченого периметра з коефіцієнтами шорсткості, відповідно n1;n2 … nm.
Середній коефіцієнт шорсткості змінюється зі зміною глибини. Нормальна глибина h0 для каналів з неоднорідною шорсткістю визначаємо методом підбору.
За допустиму швидкість для таких каналів приймаємо нерозмиваючу середню в перерізі швидкість для найбільш слабкого типу укріплення.
Задачі для розв’язання
1.12.1. Визначити нормальну глибину у вільному каналі ГЕС, витрата Q=8,0 м3/с, якщо дно каналу – щільна глина, бокові відкоси бетоновані (в середніх умовах), ширина по дну b=5,0 м, коефіцієнт закладення відкосів m= , ухил дна і= .
Відповідь: .
Вказівки: за додатком 40 вибираємо n1 для дна і n2 для стінок і визначаємо
.
Задаємо кілька значень .
Приклад розв’язання:
1. За додатком 4 для дна n1=0,0225; для стін n2=0,014.
2. Задаємо .
3. Отримана витрата відрізняється від заданої. Задаємо та , ведемо розрахунки, подібні .
|
|
Результати розрахунків зводимо до таблиці 1.4.
Таблиця 1.4
h, м | ω, м2 | x, м | x1, м | x2, м | R, м | nсер | W, м/с | Q м3/с |
1,5 | 9,75 | 9,25 | 5,0 | 4,25 | 1,05 | 0,0189 | 54,7 | 5,40 |
1,75 | 11,81 | 9,95 | 5,0 | 4,95 | 1,19 | 0,0185 | 60,9 | 7,20 |
2,0 | 14,00 | 10,65 | 5,0 | 5,65 | 1,31 | 0,0183 | 63,3 | 8,85 |
Будуємо графік , за яким визначаємо глибину, що відповідає витраті 8 м3/с, із графіка маємо, що h0=1,87 м.
1.12.2. Визначити витрату безнапірного каналу гідротехнічного тунелю, ширина якого b= м, ухил і= , бокові стінки якого – груба скеля (n1=0,035), дно – добра штукатурка (n2=0,012), якщо:
а) глибина рівномірного руху в ньому h0= ;
б) h0=1,75.
Відповідь: а) б)
1.12.3. Який ухил необхідно мати гідротехнічному каналі трикутного перерізу з шириною дна b= м, бокові стінки – скеля (n1=0,025), дно бетоноване середньої якості (n2=0,014), щоб канал пропускав витрату Q=1800 м3/с при нормативній глибині h=3,00 м.
Відповідь:
1.12.4. Визначити середню швидкість течії і витрату води річки в зимових умовах, якщо ширина річки по вільній поверхні В=80 м, площа живого перерізу F=264 м2, ухил вільної поверхні і= , коефіцієнт шорсткості русла дорівнює nр= , коефіцієнт шорсткості нижньої поверхні льодового покриву nл=0,012.
|
|
Відповідь:
Вказівки: довжину змоченого периметра перерізу ріки x приймаємо рівною ширині вільної поверхні річки.
1.12.5. Як зміниться площа живого перерізу ріки зимою при ухилі і= , при коефіцієнті шорсткості льоду nл=0,0012 порівняно з літніми умовами, якщо витрата і ширина ріки по вільній поверхні в обох випадках однакові. При розрахунках виходити з таких умов: Q=135 м3/с, b=75 м, F=225 м2, і= .
Відповідь:
1.12.6. Визначити глибину рівномірного руху води в зрошувальному каналі трапецеїдального перерізу з шириною по дну b=10,0 м, коефіцієнт закладення відкосів m= ; ухил дна і= , якщо дно каналу піщане (n1=0,025), бокові відкоси облицьовані гладким бетонуванням (n2=0,012), витрата Q=80 м2/с.
Розрахунок швидкотоку
Вихідні дані.
Q = м3/с; L = м; i0 = ; α = .1;2;4; n = .
1.13.1. Приймаємо вхідну, вихідну ділянки та лоток швидкотоку, зробленими з бетону.
1.13.2. Визначаємо ширину лотка швидкотоку за формулою Ю.М. Даденкова: , тоді ширина лотка швидкотоку буде:
м.
1.13.3. Визначаємо критичну глибину за умови, що m = 0 = ctn 900, тобто русло каналу є прямокутним, за формулою: м.
1.13.4 Побутову (необхідну) глибину, знаходимо графічним методом. Для чого визначаємо модуль витрат, яким характеризуватиметься розрахунковий швидкоток. Цей модуль називатиметься необхідний і визначається за формулою:
|
|
м3/с
Для рішення такої задачі складаємо таблицю 1.5, для отриманої формули, в якій задаємося кількома значеннями глибини каналу h, і для кожного значення визначаємо відповідне значення модулю витрат К;
Таблиця 1.5
№ п/п | Назва величини. Розрахункові формули | Розмірність | Прийняті величини та отримані значення | Примітки | |||||
1 | |||||||||
2 | |||||||||
3 | |||||||||
4 | |||||||||
5 | |||||||||
6 | |||||||||
7 | |||||||||
8 |
Коефіцієнт Шезі знаходимо за емпіричною формулою Манігіна , наприклад для R = м:
За значеннями колонок 1 і 8 будується графік K=f(h) рис. 1.17.
|
|
За графіком, знаючи Кнеобх знаходимо потрібне значення hп глибини каналу, hп = м, м2.
Таким чином видно, що у швидкотоці при витраті Q = м3/с та ширині каналу b =м, його побутова глибина буде дорівнювати hп = м. Визначаємо критичний ухил дна: м; м2; м;
, що означає , потік знаходиться у---------------------стані.
Рис. 1.17 Приклад побудови графіка K=f(h)
1.13.5. Для побудовикривої спаду на швидкотоці за методом Чарномського Приймаємо глибину на початку швидкотоку h1 = hkp розглядаючи глибини у діапазоні: hkp > hn > hкін. базуючись на подальших підрахунках будуємо криву спаду рисунок 1.2.
Для чого визначаємо витратний коефіцієнт для значення Ккр і приймаємо, що h2 = hп, а К2 = Кнеобх. Тоді:
м3/с
Визначаємо гідравлічний показник русла по формулі:
За таблицями визначаємо відносну глибину (додаток 52) в перерізі І-І за значенням η1 яке визначаємо як: , тоді .
Для визначення наступної глибини на ділянці l1 визначаємо Δh:
м. Тоді м.
За таблицями визначаємо відносну глибину в перерізі за значенням η2 яке визначаємо як: , уточнюємо гідравлічний показник русла х= тоді .
Довжина ділянки спаду:
,
де ; ; , ; ;
м
м значення х = 0; та м. м
1.13.6. Таким чином загальна довжина . І на швидкотоці встановлюється _____________________________________________________________________ . Побудову закінчити кривою спаду або підйому (водоспад, чи стрибок)
Рис. 1.18. Приклад побудови кривої спаду (підпору) швидкотоку
Розрахунок перепаду
1.14.1 Вихідні дані
Q = м3/с
L = b = м
i0 =
α =
n =
1.14.2. Визначення аведенном ділянка:
м.
Визначаємо довжину і висоту сходинок, їх кількість приймаємо N=4.
м; м.
Знаходимо ширину перепаду за умову приймаємо, що q=1,0:
, звідки м.
Розраховуємо критичну глибину для прямокутного русла :
м.
Висоту потоку, та швидкість визначаємо за формулами:
м; м/с.
Висота падіння струменя:
м.
Глибина потоку у стисненому перерізі:
м.
Визначається сполучена глибина:
м.
Знаходимо довжину сходинки при якій гашення енергії чиниться без улаштування гасника енергії, тобто задовольняє умову , для чого спочатку визначаємо довжину кривої в перетині між стисненою і критичною глибинами:
м, тоді м.
В зв’язку з тим, що умова , ------------------------ і в кінці сходинки ---------------------- критична глибина ,
Якщо не встановлюється критична глибина – проводимо розрахунок водобійної стінки.
Геометричний напір над водобійною стінкою:
м.
Визначаємо необхідну висоту стінки:
м.
Таким чином напір над водобійною стінкою , за умови що її висота становитиме м.
1.14.3. Розрахунок другої сходинки перепаду
Визначаємо довжину падіння струменя на другій сходинці:
м
Висота потоку у стисненому перетині другої ступені перепаду:
м
Визначаємо сполучену глибину другої сходинки:
м
Перевіряємо умову :
м.
м.
Умова не задовольняється.
Третій перепад розраховуємо аналогічно до перепаду 2.
1.14.4. Розрахунок останньої сходинки перепаду
Визначаємо :
Для чого розраховуємо модуль необхідної витрати м3/с. За необхідну глибину приймаємо м, визначаємо м2; м; м; ; м3/с, що (задовольняє або не задовольняє) умову .
Визначаємо необхідну глибину.
Приймаємо глибину =м. Тоді м2; м; м; ; м3/с, що відповідає умові .
Виходячи з отриманого значення , маємо наступну умову . Тому проводимо розрахунок гасителя енергії.
Висота водобійної стінки, м.
Відстань від сходинки до водобійної стінки четвертого колодязя,
м.
Відповідь: на перепаді приймаємо ________________________________.
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 113; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!