3.4.Расчёт выходной части быстротока

Расчёт выходной части заключается в выборе конструкции успокоителя, определении формы сопряжения бурного потока со спокойным с помощью гидравлического прыжка, расчёте гасителя энергии, назначении основных размеров, обеспечивающих безаварийную, надёжную работу сооружения.

Часто ширина отводящего русла канала бывает больше ширины лотка, поэтому водобойная часть – успокоитель может устраиваться непризматическим (расширяющимся) или выполняться призматическим, то есть постоянного сечения.

3.4.1. Установление формы сопряжения потоков в нижнем бьефе

быстротока

Для прыжка, образованного в сжатом сечении С-С, зависимость записывается в виде

,

где - вторая сопряженная глубина сжатой.

(3,38 ), то сопряжение происходит по типу отогнанного прыжка (второй тип сопряжения), при котором начало прыжка будет расположено правее сжатого сечения , а сам прыжок может быть отогнан даже за пределы успокоителя на рисберму или в сбросной канал.

3.4.2. Гидравлический расчёт водобойной стенки

Принцип действия водобойной стенки (рисунок 11) основан на затоплении гидравлического прыжка за счёт увеличения глубины воды до - необходимой для затопления прыжка, причём сама стенка, создавая подпор, работает как водослив с тонкой стенкой, обеспечивая пропуск расчётного расхода.

Расчёт водобойной стенки сводится к определению её высоты, местоположения и проверки условий сопряжения потоков за стенкой.

Порядок расчёта водобойной стенки

Определяется глубина, необходимая для затопления гидравлического прыжка

,

где - коэффициент затопления прыжка.

=4,21м.

Высота водобойной стенки, обеспечивающая затопление прыжка, определяется совместным решением двух уравнений

,

,

где Н – геометрический напор на водосливе,

и - соответственно коэффициент подтопления и коэффициент

расхода водослива с учётом скорости подхода.

Так как и , то задача по определению высоты стенки решается методом подбора или последовательного приближения.

Результаты расчета сводим в таблицу 5.

Таблица 5 - К определению высоты водобойной стенки

,	,	,	,	,	,	,
м	м	м	м			м3/с
0,5	2,20	3,71	2,68	0,720	0,925	26,22
1,0		3,21	2,18	0,679		22,19
					0,943
1,5		2,71	1,68	0,619	0,960	17,53

Для уменьшения количества вычислений, связанных с определением высоты стенки по данным таблицы 5 строится график (рисунок 10), по которому, зная расчётный расход 17,82 м³/с , определяется =м.

При определении длины водобойного колодца, образованного водобойной стенкой, исходят из критической формы сопряжения. Применительно к этой форме сопряжения длина водобойного колодца в общем случае определяется по формуле

3.4.3 Определение формы сопряжения потоков за водобойной стенкой За водобойной стенкой образуется новый гидравлический прыжок, поэтому для расчёта формы сопряжения должны быть известны сжатая глубина за стенкой hc1 и вторая сопряженная глубина сжатой h//c1. Сжатая глубина за стенкой в сечении С1-С1 (см. рисунок 3.8) определяется из уравнения расхода, полученного с использованием уравнения Бернулли для сечений перед стенкой и сжатого /1,2,3/ =0,85*1,73*4,76=6,9996, где - коэффициент скорости, учитывающий потери удельной энергии между сечениями; в расчётах рекомендуется принять ; - площадь потока в сжатом сечении с глубиной ; - удельная энергия потока перед стенкой относительно дна нижнего бьефа; * ; - скорость потока перед стенкой. V=17,82/2,20*4,21=1,92м/с. Задаваясь значениями , по уравнению подсчитывается расход . Расчёт сводится в таблицу 6. Таблица 6 - Определение сжатой глубины за водобойной стенкой , =bл hс, , , , м м2 м м/с м3/с 0.85 2,2 8,21 15,35 1 3.41 1,2 2,64 3,21 7,97 17,88 1,19 2.618 3,22 7,96 17,74 В данном случае построение графика зависимостей не требуется, определяется =1,2 из таблицы(6). Зная сжатую глубину , по зависимости определяется ей сопряжённая =1,2/2 Местоположение гидравлического прыжка определяется в результате сравнения двух глубин и . , то сопряжение за стенкой происходит по типу прыжка в сжатом сечении или отогнанного прыжка, поэтому для его затопления необходимо предусмотреть устройство второй водобойной стенки, расчёт которой выполняется по методике, приведенной выше. Расстояние от водобойной стенки до выходного оголовка определяется по формуле =3,11+11,06=14,18м, , где - длина прыжка, образованного в сжатом сечении ; - длина падения, которую приближенно можно определить из уравнения траектории падающей струи в виде параболы; =4,45 где = =4,45м/с- скорость потока в сечении над водобойной стенкой; =2,20*1,82=4,004 площадь живого сечения потока над водобойной стенкой с глубиной =1,82м; =4,21-1,5=2,71м- напор на водосливе в виде водобойной стенки; = высота падения струи относительно дна водобоя. Длина успокоителя, являющегося водобойной частью сооружения =16,12+14,18=30,29м. Если , то сопряжение за стенкой происходит по типу прыжка в сжатом сечении или отогнанного прыжка, поэтому для его затопления необходимо предусмотреть устройство второй водобойной стенки, расчёт которой выполняется по методике, приведенной выше. Длина концевого крепления в нижнем бьефе сооружения, называемого рисбермой, принимается равной =1,5*11,06=16,59м. На основании выполненных расчётов необходимо в масштабе 1:200 вычертить конструкцию быстротока, представленную на рисунке 11.

Литература

1. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика : учебник / Д.В. Штеренлихт. - М.: Ко-

ос, 2007. - 655 с.

2. Чугаев, Р.Р. Гидравлика : учебник / Р.Р. Чугаев. - Л.: Энергоиздат, 1982.

622 с.

3. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения. - М.: Гос-

тройиздат, 1986.

4. Косиченко, Ю.М. Гидравлика мелиоративных каналов: учебное посо-

ие / Ю.М. Косиченко. - Новочеркасск, 1991. – 175 с.

5. Киселѐв, П.Г. Справочник по гидравлическим расчѐтам / Под. ред. П.Г.

Киселѐва. – М.: Энергия, 1972. – 312 с.

6. Справочник по гидравлике / Под ред. В.А. Большакова. - Киев: Виша

школа, 1984. – 348 с.

7. Степанов, П.М. Справочник по гидравлике для мелиораторов / П.М.

Степанов, И.Х. Овчаренко, Ю.А. Скобельцин. - М.: Колос, 1984. – 205 с.

8. Гидравлические расчѐты водосбросных сооружений : справочное по-

обие. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

9. Храпковский, В.А. Гидравлические расчѐты сопрягающих сооружений:

чебное пособие / В.А. Храпковский.- Новочеркасск, 1995. – 110с.

10. Косиченко, Ю.М. Гидравлические расчѐты каналов и сооружений:

метод. указания к курсовой работе / Ю.М. Косиченко, В.А. Храпковский, К.Г.

Гурин; Новочерк. гос. мелиор. акад. – Новочеркасск, 2005. – 83 с.

11. Гурин, К.Г. Инженерная гидравлика: курс лекций / К.Г. Гурин. - Но-

очеркасск, 2009. – 114 с.