2.2. Гидравлически расчет водобойных сооружений
2.2.1. Расчет водобойного колодца
Расчет водобойного колодца заключается в определении глубины dи длиныlкол.
Глубину водобойного колодца, то есть заглубление водобойной плиты относительно дна, нижнего бьефа, найдем из уравнения
где
tкол- глубина
воды в колодце, м;hб- бытовая глубина , равная нормальной
∆Z- перепад на выходе из
водобойного колодца
здесь
- коэффициент скорости, зависящий от
формы выходной кромки колодца,
= 0,85-0,9.
Глубину воды в колодце после водослива определим по формуле
где
- коэффициент затопления гидравлического
прыжка,
=(1,1-1,5);
-
раздельная глубина, вычисляемая по
формуле
Поскольку
сжатая глубина
,
входящая расчет и определяемая равенством
(2.1), зависит от высоты падения потока в
нижний бьеф
нарастающей
с увеличением
расчет глубины колодца ведем методом
последовательных приближений.
В
первом приближении согласно расчетам,
выполненным выше, раздельную глубину
принимаем, равной
,
при этом глубина воды в колодце с учетом
коэффициента затопления составит
Отсюда
Во втором приближении находим
,
Вычисляем невязку в расчете сжатой глубины
Так как невязка более 3% повторяем расчет сжато глубины в следующей итерации
Поскольку невязка
принимаем
Далее находим
и
Так как невязка более 3% повторяем расчет глубины водобойного колодца на следующем шаге. Последовательно находим
,
Вычисляем невязку в расчете сжатой глубины
Поскольку
невязка менее 3%, принимает
Далее находим
и
Поскольку
невязка менее 3%, окончательно принимаем
глубину колодца, равной
Длину гидравлического прыжка в водобойном колодце вычисляем по формулам Н.Н. Павловского
и М.Д. Чертоусова
Принимая в
качестве расчетного максимальное
значение
,длину
водобойного колодца
,
отсчитываемую от сжатого сечения,
определяем по формуле
2.2.2. Расчет водобойной стенки
Гидравлический
расчет водобойной стенки заключается
в определении ее высоты Си длины
образованного стенкой колодца
.
Глубина воды в колодце перед стенкой, необходимая для затопления гидравлического прыжка, равна
здесь
- коэффициент затопления гидравлического
прыжка,
=1,1;
-
вычисленная при расчете сопряжения
бьефов раздельная глубина, сопряженная
с глубиной в сжатом сечении за водосливом
В гидравлическом отношении водобойная стенка представляет собой небольшой водослив статический напор на котором определяется по формуле
где
- коэффициент расхода водобойной стенки,
- коэффициент подтопления водобойной
стенки;
- коэффициент Кориолиса,
;
- средняя скорость потока в колодце
В
первом приближении принимаем
,
тогда статически напор на водобойной
стенке будет равен
отсюда высота водобойной стенки составит
Можно
видеть, что
следовательно, исключается вероятность
подтопления водобойной стенки.
Для
определения режима сопряжения бьефов
рассчитаем сжатую глубину после
водобойной стенки
В первом приближении примем
где
- коэффициент скорости принят равным
- полный запас удельной энергии перед
стенкой, найденный по формуле
Второе приближение находим
Вычисляем невязку между первым и вторым приближениями
следовательно, требуется выполнить следующее приближение.
В результате третьего приближения получим
и
Таким
образом, требуемая точность расчета
соблюдена, окончательно принимаем
Определяем значение раздельно глубины после стенки
Сопоставляя раздельную глубину с бытовой, находим
Следовательно, гидравлически прыжок после стенки находится в отогнанном состоянии, что недопустимо, поэтому необходимо устройство второй водобойной стенки. Глубину потока перед второй водобойной стенкой определяем по формуле
Так
как получается, что
то водобойная стенка работает как
подтопленный водослив и ее высоту
необходимо уточнить.
Уточнение выполняется по следующей методике.
—Задаем
5 значений высоты стенки
вычисляем
глубину подтопления
—Расход
с учетом коэффициента подтопления
определяется по формуле
где
- коэффициент расхода водобойной стенки,
Далее
значение полного напора над гребнем
стенки
находим как сумму статического и
скоростных напоров. Статический напор
на стенке определяем как разность между
глубиной перед стенкой
и значением
Тогда
Значение
коэффициента подтопления
определяем в соответствии с графиком
на рис. 8 (методичка №15 стр. 6).
—Расчет
сводим в табл. 2.4 и троим график
,
с которого снимаем искомое значение
высоты водобойной стенки при
.
Таблица 2.4
Расчет расхода через водобойную стенку в условиях подтопления
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6,52 |
1,00 |
4,57 |
4,753 |
0,210 |
0,98 |
3198,30 |
|
6,50 |
1,02 |
4,59 |
4,773 |
0,214 |
0,9796 |
3217,19 |
|
6,48 |
1,04 |
4,61 |
4,793 |
0,217 |
0,9793 |
3236,44 |
|
6,46 |
1,06 |
4,63 |
4,813 |
0,220 |
0,979 |
3255,72 |
|
6,44 |
1,08 |
4,65 |
4,833 |
0,223 |
0,9787 |
3275,03 |
График 2.1
График зависимости расхода с учетом подтопления от высоты водобойной стенки
Согласно
выполненным расчетам при
высоты
водобойной стенки составит
Длину гидравлического прыжка в водобойном колодце вычисляем по формулам Н.Н. Павловского
и М.Д. Чертоусова
Принимая в
качестве расчетного максимальное
значение
,длину
водобойного колодца
,
отсчитываемую от сжатого сечения,
определяем по формуле
Расчет второй водобойной стенки
В
первом приближении принимаем
,
тогда статически напор на водобойной
стенке будет равен
отсюда высота водобойной стенки составит
Можно
видеть, что
следовательно, не исключается вероятность
подтопления водобойной стенки.
Для
определения режима сопряжения бьефов
рассчитаем сжатую глубину после
водобойной стенки
В первом приближении примем
где
- коэффициент скорости принят равным
- полный запас удельной энергии перед
стенкой, найденный по формуле
Второе приближение находим
Вычисляем невязку между первым и вторым приближениями
следовательно, требуется выполнить следующее приближение.
В результате третьего приближения получим
и
Таким
образом, требуемая точность расчета
соблюдена, окончательно принимаем
Определяем значение раздельно глубины после стенки
Сопоставляя раздельную глубину с бытовой, находим
Следовательно, стенка работает как подтопленный водослив, высоту которого необходимо уточнить с учетом подтопления, равного
при этом установка дополнительно водобойной стенки не требуется.
Уточнение высоты второй водобойной стенки осуществляется по методике, которая была применена для уточнения высоты первой водобойной стенки, с применением формул 2.24,2.25, 2.26. Для вычисления глубины подтопления используем следующую формулу
Таблица 2.5
Расчет расхода через вторую водобойную стенку в условиях подтопления
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,10 |
2,76 |
4,42 |
4,819 |
0,573 |
0,916 |
3050,42 |
|
3,04 |
2,82 |
4,48 |
4,879 |
0,578 |
0,914 |
3102,14 |
|
2,98 |
2,88 |
4,54 |
4,939 |
0,583 |
0,912 |
3154,01 |
|
2,92 |
2,94 |
4,60 |
4,999 |
0,588 |
0,911 |
3206,03 |
|
2,86 |
3,00 |
4,66 |
5,059 |
0,593 |
0,909 |
3258,19 |
График 2.2
График зависимости расхода с учетом подтопления от высоты второй водобойной стенки
Согласно
выполненным расчетам при
высоты
водобойной стенки составит
Длину гидравлического прыжка в водобойном колодце, ограниченном водобойной стенкой вычисляем по формулам Н.Н. Павловского
и М.Д. Чертоусова
Принимая в
качестве расчетного максимальное
значение
,длину
водобойного колодца
,
отсчитываемую от сжатого сечения,
определяем по формуле