24.Равномерное движение воды в каналах, задачи при расчете каналов, их решение расчет каналов замкнутого поперечного сечения.

 

При равномерном движении жидкости локальные скорости, сред­няя скорость потока, глубина, площадь живого сечения не меняются по длине потока. Установившееся движение воды в призматических руслах (каналах) – наиболее типичная форма равномерного движе­ния воды. Искусственный открытый водовод в земляной выемке или насыпи называют каналом.

Расчетным уравнением равномерного движения жидкости является

Представляя площадь трапецеидального сечения канала ω с коэф­фициентами откоса т₁ и т₂ как сумму прямоугольника и двух треугольников, получим

где b– ширина канала по дну; h – глубина воды в канале; т = ctgα_K – коэффициент откоса канала, зависящий от рода грунта и облицовки (крепле­ния) канала

Ширина канала поверху

Длина смоченного периметра

Основные задачи по гидравлическому расчету каналов. Решают следующие основные задачи.

1.  При заданных размерах канала (b,h и т), его коэффициенте шероховатости п и уклоне поверхности воды J требуется определить сред­нюю скорость потока v и пропускную способность канала (расход воды).

Вычисляют площадь ω и гидравлический радиус R, коэффициент С, скорость v и расход.

2.  По заданному расходу Q, размерам канала и коэффициенту п требуется определить уклон J.

Искомый уклон

3. Требуется рассчитать размеры поперечного сечения канала – глубину h и ширину b при известных Q, J, п.

25.Установившееся неравномерное движ-е жид-тив водотоках.Задачи и их решение. Расчет кривой свободной пов-ти воды.

Если уклон дна больше нуля 0, равномерный режим может нарушаться в трех случаях.

1. В канале устанавливается плотина .Вода переливается через плотину, на некоторой ограниченной длине возникает неравномерное движение.

2. В канале устраивается перепад

3. В канале устанавливается щит

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.

 

Выделим участок потока воды, находящийся в состоянии неравномерного движения. Наметим сечения 1–1, 2–2 и плоскость сравнения 0–0, проходящую через низшую точку сечения 2–2 (рис. 4.5). Запишем уравнение Бернулли для точек, лежащих на поверхности воды в данных сечениях

26. Расчет и построение кривой свободной поверхности воды в естественных водотоках.

Движение воды в естественных руслах всегда осуществляется в неравномерном режиме. Неравномерность движения обуславливается тем, что естественные водотоки характеризуются неправильной геометрической формой поперечных сечений, извилистостью в плане, изменяемостью уклона по длине и шероховатости по длине и глубине потока. Для получения решения необходимо иметь исходные данные, определяющие:

• формы поперечных и продольных профилей русла;

• коэффициенты шероховатости русла;

• ожидаемые расходы.

Для построения кривых свободной поверхности потока рассматриваемое русло разбивают на отдельные расчетные участки с примерно однообразным характером дна и берегов, его поперечных сечений, шероховатости и уклонов. Длина таких расчетных участков может быть различной, иногда достигая нескольких километров.

Как правило, задача расчета состоит в том, чтобы определить отметку горизонта воды в начале расчетного участка, если отметка горизонта в конце его, а также расход – заданы. Для решения таких задач можно применять два метода:

Первый метод заключается в том, что действительное естественное русло в пределах расчетного участка заменяется некоторым воображаемым цилиндрическим руслом, близким по сечению к естественному. Для такого цилиндрического русла по методикам, изложенным выше, производится расчет искомых отметок уровня воды в начале расчетного участка.

Второй метод заключается в отыскании более или менее точных решений дифференциальных уравнений неравномерного движения воды в пределах расчетного участка: с использованием упрощений, численных или графических способов.