8. Одноступенчатый перепад. Определение глубины в сжатом сечении.

Одноступенчатый перепад состоит из входной части, вертикальной, наклонной или криволинейной стенки падения или водобоя. Расчет его заключается в определении глубин водотока на входном участке и на водобое, а также длины водобоя. Зная глубины и длину водобоя, можно найти скорость движения воды на всех участках перепада и подобрать типы его одежды. В конце входной части перепада глубина водотока всегда равна критической или меньше ее. По мере свободного падения накапливается кинетическая энергия струи за счет потенциальной => у места падения струи в нижнем бьефе в сечении С-С скорость будет больше, чем в сечении 1-1 входного участка перепада, а глубина h_c соответственно должна быть меньше критической, такое сечение называют сжатым. Его глубина может быть определена по ур-ю Бернулли.

Это уравнение решается методом подбора для трапецеидального и прямоугольного сечения по графикам Рахманова и Чертоусова. Скорость:

 По параметрам A и B, где φ находится по графику зависимости от h_кр/Р, с помощью графика Рахманова находят отношение h_c/E₀, откуда выражают h_c.

Дальность отлета струи определяется по формуле: 

или l=   .

Если в сечении 1-1 h=h_кр, то по предложению Журина длина определяется по более простой формуле:  .

9. Расчет водобойного колодца.

Расчёт гасителя энергии за быстротоком сводится к определению глубины d и длины l_k водобойного колодца.

быстротоком сводится к определению глубины d и длины l_k водобойного колодца.

(10.7)

b – ширина канала понизу в сжатом сечении; m – коэффициент заложения откосов в этом же сечении.

ф = 0,95

#10Расчет перепада колодезного типа

Гашение энергии на перепадах колодезного типа (рис. 10.1) осуществляется с помощьюзатопленного подпертого гидравлического прыжка.Это определяет и методику расчета глубины колодца d0 и длины ступени .

1. По условиям схемы рис. 10.1 запас энергии в сечении 1-1 до падения относительно плоскости отсчета 0-0 равен E0= Р+Н0,где Н0 - гидродинамический напор перед водобойной стенкой коэффициентом расхода m = 0,4, определяется из формулы расхода водослива

Статический напор Н на этом этапе тоже неизвестен. В первом приближении можно положить Н ≈ Н0.В этом случае зависимость (10.1) получает вид

2. Определяют глубину сжатого сечения hс (см. рис. 10.1) при запасе энергии E0= Р+Н

7. Определяют окончательно глубину колодца d0

6. Длина ступени L ст определяется как сумма трех характерных расстояний:

L отл – дальности отлета струи ;L п.п. – длина подпертого гидравлического прыжка

Окончательно

№11Быстротоки,особенности движения потока них и расчет

Быстротоком называют искусственное открытое русло с уклоном дна больше критического, направляющее быстротекущий поток воды из верхнего участка водовода в нижний. Ширина дна лотка быстротока может быть равной или меньше ширины дна подводящего русла. Движение воды вызывает потерю устойчивости течения на водоскате и образование катящихся волн, т.е. появление сверхбурного течения. 1. Определяют ширину быстротока :  где

n - коэффициент шероховатости быстротока;h₀ - глубина воды в быстротоке, м;v₀ - допускаемая скорость течения на быстротоке, м/с.

2. Определяют глубину воды в конце быстротока:

3. Определяют глубину воды на входе в быстроток из канала с уклоном I < I_кр, которая равна критической:

 

4. Выясняют условия затопления струи на выходе из быстротока в русло с уклоном меньше критического. вычисляют вторую сопряженную глубину прыжка:

Если глубина h_б в русле за быстротоком больше, чем глубина за прыжком h", то прыжок затоплен, и скорость за быстротоком определяется глубиной потока h_б. Если же эта глубина меньше, чем глубина h" (то есть h_б < h"), то за быстротоком следует устроить водобойный уступ (колодец), глубина которого d = 1,1h" - h_б.

Необходимую длину водобойного колодца рассчитывают по формуле подпертого прыжка:

l_кол = 3(h" - h₀).

№12Методика гидравлического расчета малых мостов

При гидравлическом расчёте малого моста следует придерживаться следующей последовательности.

1. Выбирают допустимую неразмывающую скорость   исходя из характеристики грунта или вида крепления подмостового русла

2. Вычисляют критическую глубину, соответствующую  :

3. Определяют схему работы моста и устанавливают глубину под мостом:

если то мост не подтоплен и глубина под мостом равна критической

если то мост подтоплен и глубина под мостом равна бытовой

4. Определяют отверстие моста, соответствующее заданному расходу и полученной глубине:

Если вследствие небольшой величины   отверстие моста получается больше максимального типового, то с целью уменьшения его следует рассмотреть варианты с различными типами крепления подмостового русла с соответствующим увеличением значений   

5. Определяют критическую глубину для принятого отверстия моста и проверяют схему протекания под мостом.

.6. Вычисляют действительную скорость под мостом и проверяют условие неразмываемости подмостового русла.Скорость под мостом Эта скорость должна удовлетворять условию  .

7. Определяют глубину воды перед мостом и проверяют условие по обеспечению минимального запаса   от низа пролётного строения до поверхности воды.

Глубину воды перед мостом находят по формуле

Затем вычисляют запас

и проверяют условие

8. Выполняют с соблюдением вертикального масштаба схему протекания потока через сооружение с указанием всех глубин и высоты расположения низа пролётного строения

№13 Смотри вопрос №12

Вопрос №14 Безнапорные дорожные трубы. Основные схемы протекания воды при уклоне дна i0=iк. Условия подтопления. Методика расчёта.

Безнапорные дорожные трубы работают как длинные водосливы с широким порогом, отношение их длины к напору составляет L/H>15-30. Если уклон трубы довести до критического или немного превысить его, то режим подтопленного водослива за счёт сопротивлений по длине будет исключён. Поэтому условия i0>ik является обязательным для проектировщика.

Если сжатое сечение не затоплено т.е прыжок за ним или отсутствует , или является отогнанным или надвинутым(hб1,hб2,hб3) то труба работает как свободный водослив с широким порогом.

Последний случая характерен равенством hc=h где h-глубина образовавшаяся под влиянием бытовой глубины hб3. Следовательно при любой бытовой глубине hб4>hб3 гидравлический прыжок в сжатом сечении будет затопленным а труба станет работать как подтопленный водослив с широким порогом. При затопленном сжатом сечении гидравлический прыжок исчезает

Вопрос №15 Напорные и полунапорные трубы. Особенности работы. Формулы расхода.

При бурном состоянии потока резкое увеличение глубин может произойти внутри самого сооружения за счёт образования косых гидравлических прыжков. Уровень свободной поверхности перед сооружением называют подпертым уровнем, а наибольшую глубину - статическим напором.

Подпертый уровень может быть ниже и выше верха внутренней поверхности трубы. В первом случая трубы называют безнапорными . Во втором случая труба по своей длине может быть заполнена водой полностью - напорная труба. Если у трубы полностью затоплено только входное сечении, а по всей длине поток имеет свободную поверхность, то такая труба называется полунапорной.

Напорные трубы работают по принципу насадков, полунапорные - как отверстие в тонкой стенке или как истечение из под щита.

Для работы коротких напорных труб полным сечением, а также цилиндрических или конических расходящихся насадков необходимо обеспечить ряд условия, при которых образуется вакуум на входном участке. Одно из них - искусственное заполнение водой.

Расход при полунапорном режиме труб определяется по формуле

Где H-гидродинамический напор,µ-коэффициент расхода, ω-площадь живого сечения трубы.

Расход при напорном режиме трубы определяется по формуле