ловиях протекания потока и шероховатости поверхности укреплённых откосов и дна водоотвода.

3.1.2. Определение критической глубины

Критической глубиной hк называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения [16].

Если задано поперечное сечение русла, а также расход Q0 , то

КритическаяСибАДИглубина не зависит от уклона дна русла, но зависит от геометрических размеров поперечного сечения канала (канавы) и расхода жидкости.

2 g 2

Для дорожно-мостового и аэродромного строительства при движении жидкости в каналах коэффициент Кориолиса принимают

= 1,1 [19].

Дифференцируя выражение (11) по глубине h из условия, что

глубина равна критической, получаем уравнение критического состояния потока:

где g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2; к – площадь живого сечения при кр т ческой глубине, м2; Bк – ширина потока поверху при критической глубине, м (рис. 6).

Существует несколько методов расчёта критической глубины. В качестве примера определения критической глубины для трапецеидального русла приведем метод подбора. Расчёт выполняется в следующем порядке:

1) Из уравнения критического состояния потока при заданном

16

2) Задаваясь числовыми значениями произвольно выбранных глубин h 1,h 2,h 3,... и используя формулы (2) и (13), вычисляем соответ-

ствующие значения ω3B , где B – ширина канала поверху при задан-

ной глубине. Полученные значения должны создать такой числовой ин-

3)Строим график 3B f (h) по значениям глубин и соответствующих значений величины 3B (рис. 7).

4)На построенном графике по оси 3B на основании уравнения критического состояния потока откладываем числовое значение

Q02 / g , поднимаем вертикаль до пересечения с кривой 3B f (h)

17

и слева с оси глубин снимаем числовое значение критической глубины hк (см. рис. 7).

Для проверки расчёт критической глубины необходимо выполнить вторым методом, который студент выбирает самостоятельно из справочной литературы [11, 17, 18] или из прил. 5.

Сравнивая полученные двумя методами значения критической глубины, принять окончательное решение и назначить глубину hк1 на

подводящем канале.

3.1.3. Определение критического уклона

Критическим уклоном iк называется такой уклон, при котором заданный расход Q0 проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной hк [16], т.е. при соблюдении равенства

Q0 к Cк Rк iк . (14)

Определение критического уклона должно быть произведено: а) непосредственно по формуле

где при предварительно найденной критической глубине hк1 для дан-

ного русла и при заданном расходе Q0 определяются следующие вели-

чины: к , Cк , Rк к по соответствующим формулам (2), (3), (6), (7);

18

б) и по уравнению

где необходимо определить ещё величину ширины потока поверху Bк , используя формулу (13).

Вычислив значения критического уклона двумя методами, необходимо принять окончательное решение и назначить уклон iк1 на подводящем канале.

3.1.4. Вывод о состоянии потока

Различают три состояния потока в условиях протекания жидкости по комплексу водоотводных сооружений: спокойное, критическое, бурное [16, 19]. Для вывода о состоянии потока необходимо

Гидравлически на выгоднейшим профилем (ГНП) называется такое сечение, у которого при заданной площади поперечного сечения и уклоне i0 расход Q0 оказывается наибольшим [16, 18].

При заданной площади живого сечения и уклоне дна i0 рас-

ход Q0 , средняя скорость течения V, гидравлический радиус R будут наибольшими, а смоченный периметр – наименьшим. Выполняя расчёт ГНП для трапецеидального сечения, гидравлический радиус принимают равным половине глубины канала: Rгн h2 [20].

19

Для определения гидравлически наивыгоднейшего сечения, т.е. hгн и bгн, воспользуемся графоаналитическим способом. Расчёт вы-

полняют в следующем порядке:

1) Задаваясь числовыми значениями произвольно выбранных глубин h1, h2, h3,…, определяем соответствующие числовые значения расходов Q1, Q2, Q3,…, используя формулы (1, 2, 3). Полученные зна-

чения должны создать такой числовой интервал, в который войдёт вели-

чина Q0. При определении площади живого сечения использовать ширину канала (канавы), вычисленную с учётом относительной ширины.

Для удобства расчёт сводится в табл. 5.

20