книги из ГПНТБ / Механизация и автоматизация оросительных систем и технология орошения сельскохозяйственных культур сборник научных статей гидромелиоративного факультета

Отверстие располагается в дне емкости с целью обеспече­ ния полного опорожнения и промывки мелких наносов, кото­ рые могут попасть в емкость.

13. Рассчитывается питающий трубопровод. Размер пло­ щади питающего трубопровода определяется по расходу q питания пустотелой емкости и напору над выходом из трубо­ провода Нтр, который определяется как разность между го­ ризонтом воды в задатчике и отметкой на выходе из питаю­ щего трубопровода плюс допустимая ошибка по напору

Д11<0,05Нд ).

Расход принимается исходя из потребного времени напол­ нения объема пустотелой емкости, который принимается, сообразуясь с подходными скоростями потока и наполнением в верхнем бьефе. Это время принимается равным времени изменения уровня в верхнем бьефе на величину допустимой погрешности в напоре Ah (примерно 1—5 минут). Зная вре­ мя и объем МА*воды в пустотелой емкости, расход питания оп­ ределяется из формулы:

W

Ч= Г ’

а площадь питающего трубопровода

Р с / 2g(HTP +Ah)

На этом расчет автомата заканчивается. Изложенная ме­ тодика использована при расчете авторегулятора уровня верх­ него бьефа с дифференциальным корректором положения, ап­ робирована северной межрайонной проектной группой при Министерстве мелиорации и водного хозяйства Киргизской

•ССР в проекте «Водозаборный узел на р. Лк-Су Московско­ го района».

ЛИ Т Е Р А Т У Р А 1

1.Я. В. Б о ч к а р е и. «Автоматизированное водозаборное сооружение для

предгорных участков малых рек». Труды К.ирг. СХИ, вын. 17, том IV,

г. Фрунзе, 1972 г.

2. Я. В. Б о ч к а р е в , А. И. Р о х м а н . «Гидравлический авторегулятор уровня верхнего бьефа с дифференциальным корректором положения». Настоящий сборник.

3.Ф. А. 11 и к и т и н а. Расчет щитов-автоматов горизонта верхнего бьефа системы Финке». Труды САНИИРИ, № 106, 1960 г.

4.Итоговый отчет но хоздоговорной теме с ММ и ВХ Кирг. ССР: «Гид­ равлические исследования и расчет горного автоматизированного водо- забора-из талых рек», г. Фрунзе, 1975 г.

15)

6 ВЛИЯНИИ УКЛОНА ДНА ОБЛИЦОВАННЫХ БЕТОНОМ КАНАЛОВ НА КОЭФФИЦИЕНТ ШЕЗИ !

Доктор технических наук, профессор Я. В. БОЧКАРЕВ.

Кандидат технических наук, доц. А. С. ЛУГОВОЙ

В настоящее время, в связи с резким расширением водо­ хозяйственного строительства и развитием индустриальных методов строительства ирригационных систем, бетон и желе­ зобетон становятся основным материалом.

При устройстве водопроводящей открытой самотечной оро­ сительной сети взамен каналов в земляном русле строятся ка­ налы с бетонной и железобетонной облицовкой. Когда же устройство последних вызывает усложнение или удорожание строительства, например при прохождении трассы канала по сильно пересеченной местности, при больших уклонах, при наличии просадочных грунтов по трассе и т. п., в настоящее время применяют железобетонные лотки-каналы различного поперечного сечения. Особенно большое распространение лот­ ковые каналы и бетонные облицовки получили на ороситель­ ных системах в предгорной зоне, где имеются значительные уклоны (0,01 д-0,05) и довольно сложный рельеф местности.

Устройство облицовок канала обуславливается не только необходимостью предохранить его от размыва, при превыше­ нии скоростей больше допустимых, уменьшить потери воды на фильтрацию, но также стремлением снизить потери напора на гидравлические сопротивления, т. е. увеличить пропуск­ ную способность.

Как известно, между силами трения в жидкости и потеря­ ми напора существует определенная зависимость, которая используется для гидравлического расчета каналов. Эту зави­ симость принято называть основным уравнением равномер­ ного установившегося движения жидкости:

т. е. мы получаем, что величина потерь напора в случае рав­ номерного движения, обуславливается работой сил внутрен­ него и внешнего трения.

152

После ряда преобразований, выразив-^ через скоростной

напор, получаем следующую общую зависимость для потерь напора

Уравнение Шези кладется в основу почти всех гидравли­ ческих расчетах движения жидкости в безнапорных руслах.

Как и коэффициент Дарси л, коэффициент Шези зависит от характера и состояния граничных поверхностей и режима движения. Для квадратичной области сопротивления, как из­ вестно, С зависит от относительной шероховатости стенок русла и не зависит от скорости движения «V» и вязкости жидкости «V». Согласно этой зависимости было предложено большое количество формул по определению коэффициента С (Блазиуса, Форгеймера, Манинга, Н. Н. Павловского, И. И. у\гроскина, А. А. Сабонеева и др.), анализируя которые можно отметить, что

где: п — коэффициент шероховатости.

Опыт эксплуатации каналов о бетонной и железобетон­ ной облицовкой (включая лотковые каналы) на ороситель­ ных системах предгорной зоны с большими уклонами (более 0,01 ) показал, что пропускная способность таких каналов, определенная по формуле

в состоянии пропустить расходы, предусмотренные проектпы-

153

мй расчетами. Поэтому проектные организации для приведе­ ния в соответствие расчетных и фактических расходов, нача­ ли умышленно завышать коэффициенты шероховатости, тем самым занижая значение коэффициента Шези. Так для лот­ ковых каналов вместо коэффициента шероховатости, равного 0,011—0,013, согласно справочным данным и техническим ус­ ловиям, он принимается 0,014—0,016. Для каналов с бетонной и железобетонной облицовкой коэффициент шероховатости также завышается на 0,002 — 0,004 и доводится до значения,

равного 0,017—0,018.

В качестве обоснования такого завышения выдвигается предположение об изменении шероховатости поверхности бе­ тона во время первого года эксплуатации канала, или утверж­ дается, что строительные организации некачественно выпол­ няют бетонные работы и т. д.

При исследовании подмостовых русел (в лабораторных условиях) М. В. Лаврентьевым также было обращено внима­ ние на изменение коэффициента Шези при изменении укло­ на [4].

Все это навело на мысль, установить связь коэффициента Шези «С» с уклоном дна каналов, т. е. со скоростью течения воды.

Для этого нами в лаборатории гидравлики были проведе­ ны опыты на металлическом лотке с переменным уклоном прямоугольного поперечного сечения со следующими пара­ метрами: ширина 20 см, высота 30 см, длина 8 м. Расход воды измерялся протарированным трапецеидальным водосливом. Уклон дна лотка изменялся от 0,005 до 0,05. Площадь жи­ вого сечения потока при любом изменении уклона поддержи­ валась постоянной, что должно было обеспечить постоянство и коэффициента шероховатости п, а значит, согласно (7). и постоянство коэффициента Шези С.

Проведенные опыты не подтвердили данного постоянства. Величина коэффициента Шези «С» с изменением уклона из­ менялась в значительных пределах.

Опытная величина коэффициента Шези определялась по зависимости

По данным проведенных опытов и их обработки составлен график зависимости C = f(i), который приводится на рис. 1.

154

тывающии влияние размеров русла, свойств его стенок, рода ■жидкости.

Как видно, чти уравнения (1) и (10) определяют постоян­ ное напряжение трения на стенках русла то. Однако, напря­ жение трения возникает не только па с-тенках, но и по всему живому сечению потока, что обусловлено обменом количества движения между слоями жидкости. Как известно, при турбу­ лентном режиме движения с резко выраженным перемеши­ ванием масс жидкости касательное напряжение выражается (по Прандтлю)

где т — переменное касательное напряжение.

Очевидно, чем больше степень турбулентности, тем боль­ ше проникновение частиц жидкости из одного слоя в другой, а следовательно, тем больше идет выравнивание эпюры ско­ ростей, т. е. отношение максимальной скорости (Птялг) к средней (V) стремится к единице. Это ведет к тому, что гра­ диент скорости стремится к нулю, т. к. разность скоростей движения соседних соприкасающихся слоев также стремится к нулю. В этом случае остаются только касательные напря­ жения на стенке русла. Это должно сказываться на коэффи­

циенте сопротивления л, а значит и на коэффициенте Шези, что и наблюдается на графике.

Анализируя вышеизложенное можно сделать следующие выводы:

1. Проверка предложенных формул по определению коэф­ фициента Шези производилась в период, когда су­ ществующие каналы имели относительно малые скорости движения воды, что давало хорошее согласование расчетных

ифактических данных.

2.При эксплуатации каналов, имеющих большие уклоны п бетонную облицовку, а значит и большие скорости течения поды (более 2 м/сек), было выявлено несоответствие в рас­

четных и фактических значениях расходов (следовательно, н значений коэффициента Шези).

3.Опыт эксплуатации, проектирования каналов с больши­ ми уклонами и проведенные эксперименты подтверждают за­

висимость коэффициента Шези от скорости течения воды в каналах (в определенных диапазонах).

156

4.При проектировании каналов с большими уклонами и бетонной облицовкой необходимо учитывать влияние уклона (скорости) на коэффициент Шези, для чего необходимо вво­ дить поправочные коэффициенты; учитывающие уклоны и ви­ димо форму русла.

5.В работе выявлена связь C = f(i) и установлена необхо­ димость определения ее количественной оценки, что представ­ ляет предмет дальнейших исследований.

Л И Т Е Р А Т У Р А

О КОЭФФИЦИЕНТЕ СЖАТИЯ СТРУИ ДЛЯ НАКЛОННЫХ ЩИТОВ с В >90"'

ЛУГОВОЙ А. С., ВОЛОВИЧ II. М.

Для гидравлического расчета щитовых отверстии гидро­ технических сооружений, имеющих в своем составе, наклон­ ные щиты с р>90° для стабилизации расходов, необходимо знать величины коэффициента сжатия струи е.

Как известно [2, 3, 4], для определения этого коэффициен­ та, предложен ряд разнообразных формул. Н. Е. Жуковским [1] для случая истечения жидкости из сосуда конечной шири­ ны и бесконечно большой длины, получена формула дли опредения коэффициента сжатия при любом угле наклона стенки к горизонту, которая имеет следующий вид:

V)

О

1 Работа выполнена под научным руководством д.т.п., проф. Я. В. Боч­ карева,

15/

а — высота открытия щита; Н0 — напор перед щитом с учетом скоростного напора.

Как видно, для определения коэффициента сжатия а не­ обходимо пользоваться сложными, громоздкими формулами, что делает их почти недоступными для повседневных практи­ ческих расчетов.

Исследуя истечение через различные отверстия, а также анализируя большое количество опытных данных других ав­ торов и предложенные ими формулы по определению коэф­ фициента сжатия струи, К- Ф. Химицким получена новая, сравнительно простая по структуре, зависимость;

1

(4)

1+ К К(1—V)

где: К = 0,4 — для вертикального щита; K--0,4sin3p— для наклонного щита;

а

Ъ—-jq-— относительное открытие щитового отверс­

тия.

15Ь

Данная формула более удобна для практического приме­ нения и имеет хорошее совпадение с формулами Н. Е. Жуков­ ского, Мизеса, В. В. Ведерникова, А. Д. Альтшуля, И. П. Мар­ тынова, М. В. Бутырина и ряда других авторов для случая истечения из-под вертикальных и сегментных затворов.

Приняв за основу вышеприведенные формулы (1—4) для определения коэффициента е при разных углах наклона щита к горизонту, нами были подсчитаны значения коэффициентов

Рус / - С хем а ист &ченоя из - под наклонно

го ицит о

,е, на электронно-вычислительной машине «Промипь-2» по программе, составленной для случая истечения жидкости изпод щита, расположенного под любым углом к горизонту.

Результаты вычислений были сопоставлены с нашими опытными данными [4], которые приводятся в таблице 1 и на графике (рис. 1).

Как видно из графика, опытные значения хорошо согла­

— ширина отверстия (щели). В таблице 1 значения в подсчитаны для относительного открытия щитового отверстия

-рр, где а — открытие по вертикали, т. е. a —a '-sin(180°—р)

(рис. 2).

150