Ю.К. Ивановский, Г.Г. Рябов, А.Н. Ушакевич
Гидравлический расчет неравномерного движения воды в каналах
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург
2010
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»
Ю.К. Ивановский, Г.Г. Рябов, А.Н. Ушакевич
Гидравлический расчет неравномерного движения воды в каналах
Санкт-Петербург
2010
ББК
Ю.К. Ивановский, Г.Г. Рябов, А.Н. Ушакевич
Гидравлический расчет неравномерного движения воды в каналах: учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы. — СПб.: СПГУВК, 2010 — 34 с.
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 3-го курса очной и заочной формы обучения гидротехнического факультета. Указания содержат необходимые пояснения и расчетные зависимости для анализа и последующего расчета кривых свободной поверхности вдоль трассы призматического канала по дисциплине «Гидравлика».
ББК
© Санкт-Петербургский государственный
университет водных коммуникаций, 2010
© Ивановский Ю.К., Рябов Г.Г.,
Ушакевич А.Н., 2010
Общие указания
Данное учебно-методическое пособие предназначено для студентов 3-го курса гидротехнического факультета, выполняющих курсовую работу по теме неравномерного движения. Выполнение работы предполагает закрепление практических навыков гидравлических расчетов (в том числе и на ПК), необходимых для проектирования открытых каналов. Курсовая работа состоит из трех частей, объединенных общим заданием, поэтапное выполнение которых, позволяет в заключение построить кривую свободной поверхности для всей трассы проектируемого канала.
В первой части «Определение нормальных глубин, критической глубины и критического уклона в канале» находятся основные параметры неравномерного потока, проводится качественный анализ и определение вида кривых свободной поверхности, анализируются возможные формы их сопряжений для всех участков проектируемого канала.
Во второй части «Численный расчет кривых свободной поверхности по участкам канала» выполняется программирование и расчет на ПК кривых свободной поверхности. Одна или две кривых по согласованию с преподавателем рассчитываются вручную.
В третьей части «Расчет гидравлического прыжка. Построение кривой свободной поверхности по трассе канала» уточняется форма сопряжения с кривыми свободной поверхности соседних участков, определяется местоположение гидравлического прыжка и потери энергии в нем. В заключение выполняется построение кривой свободной поверхности для всей трассы канала.
Введение
Призматическими (цилиндрическими) руслами называются русла (каналы), поперечный профиль которых не изменяется по длине потока. При проектировании задаются расход воды, форма поперечного сечения канала, его ширина по дну и характер облицовки ложа. Кроме того, в соответствии с топографией местности, на которой проектируется канал, известными величинами являются уклоны дна и протяженности всех участков канала.
Искомой величиной при гидравлическом расчете каналов обычно является изменение глубины вдоль потока. При равномерном движении глубина потока имеет постоянное, конкретное для каждого участка значение, называемое нормальной глубиной. При этом уклон свободной поверхности равен уклону дна.
Неравномерное движение в каналах происходит из-за изменения скоростей и, следовательно, глубин вдоль потока, которые и определяют вид кривой свободной поверхности. В руслах с положительным уклоном дна (русла I-го типа) неравномерное движение возникает, например, на участках сопряжения канала с водохранилищем, при истечении из-под щитов и при сооружении водосливов. Протяженность участка с неравномерным движением может быть различной, однако, в конечном счете, поток всегда стремится к равномерному движению.
В руслах с горизонтальным (русла III-го типа) или отрицательным (русла II-го типа) уклонами дна равномерный режим не может существовать физически (это следует непосредственно из формулы Шези), поэтому в этих случаях всегда имеет место неравномерное движение. Расчет характера изменения глубин, т. е. расчет кривых свободной поверхности при неравномерном течении является важной с практической точки зрения инженерной задачей. Этот расчет сводится к предварительному определению вида кривых свободной поверхности участка проектируемого канала и характера сопряжения их между собой. Последующий непосредственный расчет глубин выполняется по зависимостям Б. А. Бахметьева ручным способом или с применением автоматизированных систем расчета на основе ПК.
Если сопряжение глубин соседних участков сопровождается возникновением гидравлического прыжка, то гидравлический расчет дополняется определением его местоположения и потерь энергии в нем.
Перед выполнением курсовой работы необходимо повторить раздел теории неравномерного движения по учебному пособию или учебнику [1, 2].