Аналитический расчет водобойных колодцев

5.4. Расчет водобойного колодца

 

Гидравлический расчет водобойного колодца состоит в определении глубины колодца и его длины.

Определение глубины колодца. Затопление прыжка в водобойном колодце осуществляется путем увеличения глубины в нижнем бьефе за счет опускания дна колодца  . Но одновременно с опусканием дна колодца растет высота падения струи с порога перепада, что приводит к уменьшению сжатой глубины и, как следствие, росту глубины сопряженной сжатой. Таким образом, вторая сопряженная глубина зависит от глубины колодца, поэтому данную задачу приходится решать подбором или графически.

Порядок расчета следующий:

1) задаемся произвольной величиной глубины колодца d₀;

2) находим значение полного напора  ;

3) по найденному значению полного напора определяем величину сжатой глубины, решая (5.6);

4) вычисляем вторую сопряженную глубину, используя основное уравнение прыжка:

 

;                                  (5.7)

 

5) сравниваем найденную величину h₂ с  , если данные величины не равны, задаемся новым значением глубины колодца и повторяем пп. 1–5;

6) для ускорения решения задачи вычисления по пп. 1–5 заносятся в таблицу (см. пример 7);

7) по двум последним графам табл. 5.2 строятся графики   и   (см. пример 7);

8) точка пересечения графиков даст теоретическую глубину колодца d₀;

9) для затопления прыжка найденную глубину колодца необходимо увеличить на 5¸10 %.

Перепады. Общие указания. Определение дальности полета струи.

Расчет одноступенчатого перепада

Гидравлический расчет одноступенчатого перепада с прямоугольным руслом

Расчет начинается с определения, требуется или нет гаситель энергии воды у перепада. На рис. 11 показана схема перепада с основными гидравлическими параметрами.

 

 

Рис. 11. Расчетная схема одноступенчатого перепада

Гаситель энергии у перепада можно не применять, если  , т. е. в нижнем бьефе имеет место затопленный прыжок.

Гаситель энергии необходим, если  , т. е. имеет место отогнанный или надвинутый прыжок.

Здесь   – нормальная (бытовая) глубина воды до и после перепада при установившемся режиме потока и при установленных – расходе воды  ; ширине лотка перепада  ; уклоне дна водотока перед перепадом   и коэффициенте шероховатости бетонного лотка   ( определяется подбором по формулам (1) – (7), с построением графика зависимости:   при прямоугольном русле);

 – сопряженная глубина с   определяемая по формуле:

,                                          (8)

где   – критическая глубина (глубина воды на уступе), определяемая по формуле

,                                                (9)

где   – глубина воды в сжатом сечении, определяемая по уравнению

,                                            (10)

где   – удельный (на единицу ширины водослива) расход воды, определяемый по заданному расходу воды   и ширине   лотка водослива:

,                                                   (11)

где   – полный напор воды на уступе с учетом скоростного напора, определяемый по формуле

,                                               (12)

 

где   – коэффициент скорости, принимаемый в пределах 0,85–1,00;   – напор воды на уступе, определяемый по формуле

 

  ,                                                (13)

где   – скорость воды на уступе, определяемая по формуле

,                                                  (14)

где   – высота стенки перепада;   – ускорение силы тяжести, 9,81 м/с².

Для нахождения   из уравнения (10) задаются несколькими значениями  , затем для каждого из них находят   по (10). Затем строится график зависимости:  . По этому графику, зная   из выражения (12), определяют  .

Определив по формуле (8)  , решают, требуется или нет гаситель энергии воды у перепада. Если требуется, тогда рассчитывается гаситель энергии. В районах с суровым климатом следует применять гаситель энергии с водобойной стенкой.

В пределах гасителя энергии развивается большая скорость потока воды, поэтому, чтобы выбрать укрепление (см. прил. 4) водобойной части перепада, определяется скорость течения воды в сжатом сечении по формуле Ю.Н. Даденкова:

,                                  (15)

где   и   – см. формулы (9) и (13).

Многоступенчатые перепады, расчет многоступенчатых перепадов.

Расчет быстротока. Сопряжение бьефов каналами.

Основные сведения о волнах. Классификация волн.

Классификация водоемов и прибрежных зон

Интерференция волн. Стоячие волны. Прогрессивные волны.

Плавноизменяющееся установившееся безнапорное движение грунтовой воды (предварительные указания).

1. Скорость фильтрации. Формула Дарси. Коэффициент фильтрации и методы его определения.

2. Дифференциальное уравнение неравномерного движения грунтовых вод.

3. Формы кривых депрессий. Интегрирование дифференциального уравнения для случая плоской задачи.

Приток грунтовой воды к галерее или дрене (совершенная галерея)

Приток грунтовой воды к галерее или дрене (висячая галерея)

4. Приток грунтовой воды к круглым одиночным колодцам.

5. Фильтрация воды через земляную плотину (общий вид).

6. Фильтрационный расчет однородной земляной плотины на непроницаемом основании.

7. Резкоизменяющееся движение грунтовой воды. Общие указания.

8. Основы гидромеханического моделирования. Общие указания.

Критерии динамического подобия

9. Критерии динамического подобия, (случай, когда на жидкость действуют только силы тяжести).

10. Основные указания о моделировании гидравлических явлений.

11. Двухфазные потоки жидкости и газа. Общие указания и замечания.

12. Насыщение турбулентного потока тяжелыми твердыми частицами.

13. Понятие и представление о взвесенесущих истоках.

14. Напорный гидротранспорт.