Коэффициент шероховатости n
Материал стенок русла |
Коэффициент шероховатости n |
Сталь |
0,012 |
Чугун |
0,013 |
Бетон |
0,013 |
Нескальный грунт |
0,025 |
Скальный грунт |
0,040 |
Коэффициент Шези можно также найти по более простой формуле Маннинга
.
(3.17)
Пример
5. Определить нормальную глубину в
железобетонном лотке шириной
м, уклон дна лотка
,
если расход воды, протекающей по лотку,
равен
м3/с.
Относительная погрешность по расходу
не должна превышать 1 %.
Решение
Задаются рядом значений
глубин (0; 0,5; 1,0; 1,5 и 2 м), для которых в
табл. 3.2 вычисляются соответствующие
им величины площадей живого сечения ,
смоченного периметра ,
гидравлического радиуса R,
коэффициента Шези C,
средней скорости
и пропускной способности
.
При вычислении коэффициента Шези
использовалась формула Маннинга.
Коэффициент шероховатости стенок лотка,
согласно табл. 3.1, принят равным 0,013.
По найденным значениям строится график
(рис. 3.3).
Таблица 3.2
Определение нормальной глубины
Формула |
Единица измерения |
h, м |
|||||
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
1,244 |
||
|
м2 |
0,00 |
1,00 |
2,00 |
3,00 |
4,00 |
2,49 |
|
м |
2,00 |
3,00 |
4,00 |
5,00 |
6,00 |
4,49 |
|
м |
0,00 |
0,33 |
0,50 |
0,60 |
0,67 |
0,55 |
|
м0,5/с |
0,00 |
64,05 |
68,53 |
70,65 |
71,90 |
69,72 |
|
м/с |
0,00 |
2,86 |
3,75 |
4,24 |
4,55 |
4,02 |
|
м3/с |
0,000 |
2,865 |
7,507 |
12,716 |
18,189 |
10,004 |
|
|
100,00 |
71,35 |
24,93 |
–27,16 |
–81,89 |
–0,04 |
h,
м
Q,
м3/с
Рис. 3.3. Определение нормальной глубины
По заданному расходу 10 м3/с по графику определяется глубина лотка, равная 1,244 м. Найденное значение подставляется в табл. 3.1 и вычисляется относительная погрешность. Величина погрешности составила минус 0,04 %. Следовательно, нормальная глубина равна 1,244 м.
Контрольные вопросы
Какой режим движения называется равномерным?
Приведите основное уравнение для гидравлического расчета равномерного движения.
Перечислите основные типы задач по расчету каналов и методы их решения.
Как определяется глубина наполнения канала и средняя скорость движения воды в каналах?
В чем особенность движения жидкости в каналах, имеющих замкнутое сечение?
Что такое гидравлически наивыгоднейшее сечение?
4. Неравномерное безнапорное установившееся движение воды в каналах
4.1. Условия возникновения неравномерного режима
движения жидкости
Если уклон дна больше нуля 0, равномерный режим может нарушаться в трех случаях.
1. В канале устанавливается плотина (рис. 4.1, а). Вода переливается через плотину, на некоторой ограниченной длине возникает неравномерное движение.
2. В канале устраивается перепад (рис. 4.1, б).
3. В канале устанавливается щит (рис. 4.1, в).
а б в
Рис. 4.1. Примеры неравномерного движения воды в призматических руслах с уклоном больше нуля: а – устройство плотины в канале; б – перепад; в – истечение жидкости из-под щита
В призматическом канале с уклоном дна больше нуля неравномерное движение устанавливается только в случае, когда имеется преграда.
Уклон
дна равен нулю. Из формулы Шези получаем
.
Следовательно, равномерный режим не
возможен. Для уклона меньше нуля значение
скорости вообще неопределенно.
Задача о неравномерном режиме движения жидкости решается следующим образом:
1) считается, что заданы расход, форма и размеры канала, его шероховатость и уклон дна;
2) выделяется элементарный участок длиной ds и составляется дифференциальное уравнение неравномерного движения;
3) интегрируется данное дифференциальное уравнение, в результате чего получается уравнение свободной поверхности жидкости.