ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРА СОПРЯЖЕНИЯ

ПАДАЮЩЕЙ СТРУИ С НИЖНИМ БЬЕФОМ

Сопряжение бьефов представляет собой соединение потока, поступающего из верхнего бьефа, с потоком нижнего бьефа. Любое гидротехническое сооружение (ГТС) в русле является сопротивлением движению потока, для преодоления которого необходима дополнительная энергия. Она накапливается перед сооружением в виде потенциальной энергии при увеличении глубины потока (рисунок 11).

При переходе через ГТС потенциальная энергия переходит в кинетическую путем уменьшения глубины до сжатой и увеличения скорости. Поток поступает в нижний бьеф, как правило, в бурном состоянии при условии .

Рассмотрим общую картину потока на участке дорожного водопропускного сооружения. Поток в верхнем бьефе, стесненный на подходе к сооружению, находится в спокойном состоянии; в ГТС он переходит в бурное состояние ( ); затем в НБ он снова приобретает спокойное состояние ( ).

Переход бурного состояния потока сооружения в спокойный поток нижнего бьефа возможен в виде гидравлического прыжка. В зависимости от глубины потока нижнего бьефа(h_б)и глубины в сжатом сечении (h_с) различают три типа сопряжения бьефов.

Рисунок 11 – Сопряжение бьефов:

а – с отогнанным прыжком; б – с прыжком в сжатом сечении; в – с затопленным прыжком

Первый тип: сопряжение происходит в виде отогнанного прыжка(см. рисунок 11, а). В данном случае прыжок находится на некотором расстоянии от сжатого сечения. Расстояние от сжатого сечения до гидравлического прыжка называется длиной отгона l_от. На этом участке свободная поверхность потока представляет собой кривую подпора. Происходит увеличение глубины от сжатой до первой сопряженной глубины гидравлического прыжка h₁. Глубина нижнего бьефа при этом равна второй сопряженной глубине (h_б= h₂). При рассматриваемом типе сопряжения поток на расстоянии l_от находится в бурном состоянии, что может привести к разрушению дна и берегов русла.

Второй тип: гидравлический прыжок находится в сжатом сечении (l_от = 0). Этот тип часто называют сопряжение прыжком в сжатом сечении(см. рисунок 11, б). В данном случае глубина в сжатом сечении потока равна первой сопряженной глубине гидравлического прыжка (h_с= h₁), а глубина в нижнем – второй сопряженной глубине (h_б= h₂).

Третий тип: данный тип сопряжения носит название сопряжения по типу затопленного гидравлического прыжка (см. рисунок 11, в). В данном случае глубина в сжатом сечении больше первой сопряженной глубины гидравлического прыжка (h_с> h₁), а h_б> h₂.

Гидравлический расчет сопряжения бьефов начинается с определения типа сопряжения. Для этого необходимо определить глубину потока в сжатом сечении (h_с).

Несмотря на различие в конструкциях сооружений (водосливная плотина, перепад, быстроток) гидравлический расчет их аналогичен (используют одни и те же расчетные формулы).

Русло в нижнем бьефе считается прямоугольным, ширина его, м, равна ширине водослива b_в (для плотины) или ширине потока по верху B в конце канала (для перепада и быстротока).

Удельный расход воды, м³/м³:

– для плотины

; (41)

– для перепада и быстротока

. (42)

Критическая глубина в нижнем бьефе, м,

(43)

Полный напор Т₀, м,

(44)

где Т	–	свободный напор перед сооружением, м;
v₀	–	скорость подхода воды к сооружению, м/с.

Для плотины и перепада свободный напор перед сооружением определяется по формуле

(45)

Для быстротока

(46)

Скорость подхода воды к сооружению, м/с,

v₀ =Q/ . (47)

Глубина в сжатом сечении h_с, м, определяется из уравнения

, (48)

где φ_c

–

коэффициент скорости, учитывающий потери напора в пределах сооружения, значения φ_cизменяются в пределах от 0,80 до 0,98 в зависимости от очертания водосливной стенки.

Так как уравнение (48) является кубическим в отношении h_с,то решение его находится подбором.

При этом следует иметь в виду, что глубина h_сдолжна быть меньше критической. В связи с этим из трех корней кубического уравнения надо интересоваться только тем, который удовлетворяет условию 0 < h_с< .

Если ввести замену

, (49)

то уравнение (49) примет вид

(50)

Задаваясь рядом значений h_с, в соответствии с условием 0 < h_с< , по формуле (50) рассчитывают величину Т_0.Результаты расчетов сводят в таблицу 10.

Таблица 10 – Определение полного напора

h_с, м	, м²	, м^-2	T₀, м

По результатам таблицы 10 строят график зависимости Т₀ = f (h_c) (рисунок 12).

По графику Т₀ = f (h_c)определяетсяглубина в сжатом сечении h_с в зависимости от рассчитанной величины Т₀ по формуле (50).

Вторая глубина прыжка, м, сопряженная с глубиной в сжатом сечении, определяется по уравнению гидравлического прыжка для прямоугольного русла

(51)

Сопоставляя полученное значение с глубиной воды в нижнем бьефе (бытовой глубиной), определяется тип сопряжения бьефа.

При уклоне отводящего русла i < i_к(что обычно и имеет место в практике) возможны три типа сопряжения бьефов:

1) – сопряжение бьефов при помощи отогнанного прыжка. В этом случае прыжок устанавливается на некотором расстоянии от сооружения;

2) – сопряжение бьефов при помощи затопленного прыжка. В этом случая нижний бьеф затапливает прыжок;

Рисунок 12 – График для определения глубины в сжатом сечении

3) – прыжок в сжатом сечении. В этом случае нижний бьеф не затапливает прыжка, но и отгона прыжка тоже нет; прыжок начинается в сжатом сечении. Этот тип сопряжения является неустойчивым и при небольших изменениях расхода может перейти в отогнанный прыжок.

При получении в расчете первого или третьего типа сопряжения бьефов необходимо спроектировать в нижнем бьефе сооружения водобойный колодец.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 724; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!