3.3. Отводящий канал

Для защиты от размыва низового откоса земляного полотна дороги и выходной части водопропускного сооружения часто устраивают водоотводные искусственные русла, по своей конструкции мало отличающиеся от подходных русел. Вода, выходящая из отверстия сооружения, часто обладает ещё большой энергией, т.е. повышенной против его естественного состояния разрушительной силой. Опыт эксплуатации водопропускных сооружений показывает, что если не предусмотреть специальных мер, отводные русла на выходе из сооружений сильно размываются, что иногда приводит к авариям сооружений.

Мерами против размывов водоотводных русел, т.е. способами гашения энергии водного потока, являются: непрерывное рассеивание энергии потока в самом сооружении, сосредоточенное гашение энергии потока на выходе из трубы, укрепление отводных русел.

Известно много различных принципов гашения энергии потока.

4)сосредоточенное гашение энергии в замкнутом блоке – напорныеСгас тели;

5)отброс струи от сооружения с одновременным их расщеплением и аэрацией (этот принцип реализуется в рассеивающих трамплинах);

6)силовое воздействие на поток в направлении, противополож-и

ном течению, путём установки различных препятствий: порогов, шашек, пирсов и т.п.

В данной курсовой работе студентам предлагается при расчёте комплекса водоотводных сооружений выяснить условие сопряжения бьефов быстротока и отводящего канала. Для анализа необходимо определить нормальную и критическую глубины на третьем участке водоотвода, а также соответствующий критический уклон.

По полученным данным выполнить расчёт возникающего гидравлического прыжка и сделать вывод о необходимости устройства гасителя энергии с последующим его расчётом.

31

3.3.1. Определение гидравлических характеристик потока

Расчёт отводящего канала с определением нормальной и критической глубин, критического уклона и средней скорости производится так же, как и в подводящем канале (см. подразд. 3.1).

Исходные данные для расчёта необходимо взять из табл. 2. Нормальная глубина h0 зависит от уклона дна i0. Для определения h03

можно воспользоваться графиком K f(h), построенном в подразд. 3.1.1 (рис. 5), предварительно вычислив расходную характеристику K03 , соответствующую нормальной глубине h03 :

вывод о состоянии потока. Исходные данные подобраны таким образом, что при верно выполненном расчёте в отводящем канале установится спокойное состояниеипотока.

Выясняя услов е сопряжения ьефов быстротока и отводящего

канала, приходим к следующему выводу: при смене уклонов на

С i02

i03 возникает гидравл ческ й прыжок.

3.3.2. Расчёт гидравлического прыжка

Явление скачкообразного перехода бурного потока с глубиной меньше критической в спокойное состояние с глубиной больше кри-

тической называется гидравлическим прыжком [16, 19].

Гидравлический прыжок появляется всегда, когда свободная поверхность жидкости пересекает линию критических глубин K–K с образованием поверхностного вальца. Сам валец представляет собой водоворотную область, которая характеризуется весьма беспорядочным движением. Верхняя поверхность вальца получается неровной, волнообразной. Валец обычно насыщен пузырьками воздуха и потому малопрозрачен.

32

Расчёт гидравлического прыжка сводится к определению его характеристик: h – первой сопряжённой глубины, h – второй сопряжённой глубины, lп – длины гидравлического прыжка (рис. 12).

Рис. 12. Схема гидравлическогоИпрыжка

равлического прыжка [11, 16, 17, 18,Д19]. В данной курсовой работе студентам предлагается выполнить расчёт в следующей последовательности:

Существует несколько методов определения характеристик гид-

где q – удельный расход, вычисляемый по формуле

(27)

– коэффициент скорости, = 0,9; E0– удельная энергия сечения, с которой поток приходит в отводящий канал.

В курсовой работе E0 Eкб, т.е. удельной энергии сечения на конце быстротока, которую можно определить из уравнения

где hкб – глубина на конце быстротока, определенная по кривой свободной поверхности при длине l и принятая в подразд. 2.3.5; Vкб – скорость на конце быстротока, определяемая по формуле

33

Метод последовательных приближений для определения сжатой глубины выполняется в следующем порядке:

а) в первом приближении не учитывается hc в знаменателе. То-

гда

больше 5 %, то расчёт продолжаем; если расхождение составляет меньше 5 %, то принимаем за сжатую глубину последнее числовое значение hc .

2. Рекомендуется [11, 17] за первую сопряжённую глубину при-

энергии, с которой поток приходит с быстротока, необходимо в выходной части установить гаситель энергии.

Специальные устройства, сооружаемые с целью погашения энергии гидравлического прыжка, называются гасителями энергии.

В данной курсовой работе в качестве гасителя энергии рекомендуется водобойный колодец, в котором гашение энергии осуществляется за счёт перевода бурного потока в спокойный, путём затопления гидравлического прыжка.

34