1.2.4. Вывод о состоянии потока
Различают три состояния потока в условиях протекания жидкости по комплексу водоотводных сооружений: спокойное, критиче-
ское, бурное [17, 18, 21].
остояние потока считается спокойным, если справедливы неравенства h0˃ hк; i0˂ iк .
остоян е потока считается бурным, если справедливы неравенства h0˂ hк; i0˃ iк .
остоян е потока считается критическим, если справедливы |
|||
С |
; i0= iк . |
|
|
неравенства h0= hк |
|
||
Для вывода о |
потока необходимо проанализировать |
||
соотношен е нормальной глу ины h0 и критической глубины |
hк на |
||
|
|
1 |
1 |
подводящемсостоянииканале, для правильности вывода – проверить соотноше- |
|||
ние заданного уклона дна русла i0 и вычисленного критического ук- |
|||
лона iк . |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1.2.5. Расчёт канала гидравлически наивыгоднейшего |
||
|
|
профиля (поперечного сечения) |
|
Гидравлически наивыгоднейшим профилем (ГНП) называется |
|||
|
бА |
|
|
такое сечение, у которого при заданной площади поперечного сече- |
|||
|
|
Д |
|
ния , уклоне дна i0, коэффициенте откосов m, шероховатости по-
верхности n расход Q0 (пропускная способность канала) оказывается наибольшим [17, 18, 19].
Малые каналы дорожного и аэродромного водоотвода целесообразно проектировать с гидравлически наивыгоднейшим сечением
(рис. 6).
Для трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего |
|
сечения относительная ширина гн b h определяетсяИпо формуле |
|
гн 2 1 m2 m . |
(17) |
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
17
расчёт ГНП для трапецеидального сечения, гидравлический радиус принимают равным половине глубины канала: Rгн h
2 [20].
Си
бАРис. 6. Водоотводной канал гидравлически наивыгоднейшего профиля (поперечного сечения)
1.Вычисляем относительнуюДширину канала гн по формуле
(17)при заданном коэффициенте откоса m. И
2.Задаваясь числовыми значениями произвольно выбранных глубин h1, h2, h3,…, определяем соответствующие числовые значения расходов Q1, Q2, Q3,…, используя формулы (1), (2), (3).
Полученные значения должны создать такой числовой интервал, в который войдёт числовое значение величины Q0. При определении
площади живого сечения ω следует использовать ширину канала (канавы), вычисленную с учётом относительной ширины.
Для удобства расчёт сводится в табл. 4.
18
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
Расчёт расхода Q для трапецеидального участка водоотвода |
|||||
Расчетная |
Единица |
Назначаемые и определяемые величины |
|||
формула |
измерения |
h1 |
h2 |
h3 |
h4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
С1 |
||||||||
|
h |
м |
||||||
|
b гн h |
м |
||||||
|
(b m h) h |
м2 |
||||||
|
R |
h |
|
|
м |
|||
|
|
|
||||||
|
и |
|||||||
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
Ry |
м0,5/с |
||||
|
|
n |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
бА |
|
|
Q C R i |
|||||||
|
м3/с |
|||||||
0 |
|
|
||||||
1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
3. Стро м граф к Q f h по значениям заданных глубин и соот- |
||||
|
ветствующ м |
м расходам (рис. 7). |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
Рис. 7. График зависимости расхода жидкости от глубины в трапецеидальном канале (канаве)
4. На построенном графике по оси Q откладываем числовое значение заданного расхода Q0 , поднимаем вертикаль до пересечения с
19
кривой Q f h и с оси глубин снимаем числовое значение гидравлически наивыгоднейшей глубины (см. рис. 7).
5. Определяем гидравлически наивыгоднейшую ширину, используя числовое значение относительной ширины:
bгн гн hгн . |
(18) |
Для проверки правильности расчёта студентам рекомендуется построить гидравлически наивыгоднейшее поперечное сечение (ГНП) и совмест ть его с поперечным сечением для заданной ширины кана-
ла пон зу b |
выч сленной нормальной глубины h0 (рис. 8). |
||
площади |
1 |
||
|
|
|
|
В случае прав льности расчёта наложенные поперечники, имея |
|||
Сравные ж вых сечений, будут отсекать друг от друга равно- |
|||
великие части. При ош ке в расчёте отсечённые части будут имеет |
|||
разные |
|
. |
|
|
бА |
||
Для построен я горизонтальный и вертикальный масштабы рекомендуется пр нять одинаковыми и равными 1:10 или 1:20. Построен е выполн ть с учётом заданного коэффициента откоса m.
Д
Рис. 8. Пример построения ГНП с наложениемИпоперечного сечения канала с нормальной глубиной и заданной шириной
В современных расчётах гидравлически наивыгоднейшее сечение определяют по номограммам [18] или используя упрощённую формулу, в которой учтены расход, уклон дна канала и заложение откоса с коэффициентом шероховатости поверхности [9, 19].
Опыт показывает, что если гидравлически наивыгоднейшая глубина возрастает по сравнению с нормальной глубиной, то гидравлически наивыгоднейшая ширина уменьшается.
20
1.2.6. Определение скорости течения в канале
редняя скорость по живому сечению в канале V, м/с, определяется по формуле
V |
Q0 |
, |
(19) |
|
|||
С |
|
|
|
|
|
|
где ω – площадь живого сечения, в котором необходимо определить скорость.
Как прав ло, скорость необходимо знать, чтобы выяснить, явля- ченииется она размывающей ли нет. Ошибка при проектировании и назна-
укреплен я пр водит к разрушению сооружения (рис. 9).
бА Д
Рис. 9. Разрушенный участокИводоотвода
Допускаемой (неразмывающей) скоростью Vдоп называют верхний предел средней скорости потока в канале (канаве), определяемый из условия отсутствия размыва потоком грунта канала (канавы) и ук-
21