310_vCO2222 / Гидравлика / Zadanie_k_RGR_gr_3012_1_2-1

Министерство образования и науки Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Водохозяйственное и гидротехническое строительство»

Дисциплина «Гидравлика гидротехнических сооружений»

ЗАДАНИЕ

к расчетно-графической работе

«Гидравлический расчет водосливной плотины и магистрального канала»

Студент ________________________

Группа__3012/1,2________________

Руководитель Лавров Н.П.______

Дата выдачи _сентябрь 2013________

Срок сдачи 28 _декабря 2013__________

Срок консультаций с 19.09.2013__ по__27.11.2013

Требуется выполнить гидравлический расчет магистрального канала и водосливной плотины в составе водохранилищного гидроузла.

Расчетное задание к расчетно-графической работе включает условия пяти гидравлических задач с нижеследующими вариантами исходных данных:

Задача 1. В магистральном канале трапецеидального сечения (рисунок 1) при заданных в таблице 1 расходе Q, уклоне дна i, и видах грунта определить:

Рисунок 1 – Поперечное сечение магистрального канала

Таблица 1 - Исходные данные к задаче 1

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Расход воды Q м3/с	20	19	18	16	15	17	16	15	14	13	14	13	12	11	10
Уклон дна канала	0,00028					0,00030					0,00032
Грунты	Плотная супесь					Тяжелый суглинок					Тяжелая плотная глина

1. задаваясь нормальной глубиной воды h₀, по формуле Шези построить кривую зависимости Q = f(h), и по ней определить глубину для заданного расхода. Полученное значение глубины проверить подстановкой в формулу Шези.

2. определить ширину канала по дну b; Оба расчета выполнить для двух случаев: 1-й случай. Относительная ширина канала β=b/h равна рекомендуемому значению для оросительных каналов, вычисленному по эмпирической зависимости С. А. Гиршкана β=3Q^0,25- m, где Q - расход,м³/с.

2-й случай. Относительная ширина β равна βгн = 2(√1¯ +т²-т), где

βгн - относительная ширина для гидравлически наивыгоднейшего профиля канала, βгн=bгн/hгн.

3. вычислить среднюю скорость течения воды V в каналах;

4. определить, размывается ли ложе канала при данных условиях.

5. начертить в масштабе поперечные сечения каналов для обоих случаев, приняв за максимальную глубину h_max в канале нормальную глубину h₀ (для кривой спада) или заданную в задаче 2 вторую граничную глубину h_гр2 для кривой подпора

Указание. Коэф. заложения откосов канала m определить по справочнику в зависимости от вида грунта. Превышение гребня дамбы над максимальным уровнем воды Δ принять по рекомендациям справочника под ред В.П.Недриги [2, с.399]. Ширину боковой дамбы канала b_д принять из условия проезда транспорта (дороги), ширину бермы b_б – без дороги [2].

Задача 2. Для данных, полученных по расчету в задаче 1, определить:

1. критическую глубину h_кр и энергетическое состояние потока в канале (спокойный, бурный) при равномерном движении воды. Нанести линию критической глубины на поперечный профиль канала;

2. форму свободной поверхности в канале при неравномерном движении и расчетном расходе Q, если вследствие нарушения равномерного движения (установка затвора, устройство уступа и т.д.) глубина в нижнем по течению створе будет равна h_гр2 (таблица 2).

Таблица 2 - Исходные данные к задаче 2

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Глубина hгр2, м	1,2 h0					0,8h0					1,3h0

3. Для гидравлически наивыгоднейшего профиля канала рассчитать одним из известных в гидравлике методов длину распространения кривой свободной поверхности потока в канале. За верхнюю по течению граничную глубину кривой h_гр1 принять глубину (1,02÷1,03)h_о или (0,98÷0,97)h₀ в зависимости от вида кривой (кривая подпора или спада). За нижнюю граничную глубину принять заданную в таблице 2 величину h_гр2.

Задача 3. Водосливная плотина практического профиля криволинейного очертания, показанная на рисунке 3, имеет п одинаковых пролетов с затворами на гребне водослива, поддерживающими НПУ (нормальный подпорный уровень), Ширина одного пролета b. При пропуске паводка Q_маx через все полностью открытые пролеты уровень воды перед плотиной должен быть не выше отметки ФПУ (форсированный подпорный уровень). При этом в нижнем бьефе (НБ) отметка на уровне высоких вод (УВВ). Скорость подхода воды к водосливу при паводке V_маx.

_{Рисунок 3 – Схема истечения через водосливную плотину}

Определить при числовых данных, приведенных в таблице 3:

Определить при числовых данных, приведенных в таблице 3:

1. Отметку гребня водослива, его высоту Р, удельный расход воды q_max считая профилирующим напором Н_маx.

2. Расход Q и удельный расход воды q через все открытые пролеты при отметках НПУ и УНБ, а также высоту затвора h_з,.

3. Координаты водосливной поверхности и поверхности потока при пропуске Q_маx и построить профиль плотины и свободной поверхности воды.

Таблица 3 Исходные данные к задаче 3

Исходн. данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10		11		12	13
Расход Qмаx, м3/с	520	850	360	1300	900	780	1200	1100	710	650		910		750	640
Число пролет. n	5	7	4	8	8	6	8	7	5	5	7		6		5
Ширина пролета b, м	6,0	7,5	5,0	8,5	6,5	8,0	8,2	8,0	7,0	7,5	8,0		7,6		6,6
Скор. подхода Vmax, м/с	1,70	1,75	1,20	1,85	1,60	1,40	1,70	1,80	1,90	1,60	1,50		1,55		1,84
ФПУ, м	100	92,0	92,3	52,5	63,0	28,4	83,3	92,0	63,0	94,0	102		73,1		73,5
НПУ, м	99,4	91,3	91,2	49,8	62,1	27,8	82,8	90,9	62,2	92,8	101		72,1		72,4
УВВ, м	91,1	83,6	85,0	45,3	50,8	19,0	76,2	82,0	51,4	82,8	83,9		60,8		62,9
УНБ, м	90,8	83,1	83,9	42,9	50,4	17,6	75,6	81,2	50,8	81,9	81,0		59,4		60,5
Отм. дна, м	86,2	78,4	80,1	38,6	45,0	13,0	70,1	76,3	45,0	76,3	76,0		55,0		54,8

Указание. При расчетах следует учитывать боковое сжатие (выбрав форму промежуточных быков в плане), а также неполноту напора при НПУ. Сопряжение водослива с дном НБ выполнить рекомендуемым радиусом.

Задача 4. Установить характер сопряжения в нижнем бьефе за плотиной (водосливом), рассчитанной в предыдущей (3-й) задаче, определить наличие, расположение и параметры гидравлического прыжка в двух случаях:

1. При пропуске расхода Q_маx и отметке ФПУ.

2. При пропуске расхода Q при отметке НПУ и полностью открытых затворах.

Расчетные отметки в НБ: при Q_маx - УВВ, при Q -УНБ указаны в таблице 3. Задачу рассматривать как плоскую.

Задача 5. Рассчитать гаситель энергии в нижнем бьефе за водосливом (плотиной) для обеспечения сопряжения с надвинутым прыжком при полученных расчетных данных задач 3 и 4. Из двух установленных в решении задачи 4 случаев сопряжения выбрать расчетный, и определить размеры гасителя:

тип гасителя для вариантов 1, 3, 5, 7, 9, 11,13 - водобойный колодец

тип гасителя для вариантов 2, 4, 6, 8, 10,12 - водобойная стенка.

Расчетная схема гасителя в виде водобойного колодца приведена на рисунке 5.а, гасителя в виде водобойной стенки – на рисунке 5.б.

Рисунок 5. Расчетная схема гасителей в виде водобойного колодца а) и водобойной стенки б)

Если в расчетном случае разность h_c"-h_б превышает 2,0 м, то рассчитать комбинированный водобойный колодец (водобойный колодец + водобойная стенка).

Вычертить в масштабе профиль водослива с гасителем и показать все расчетные размеры гасителя энергии (глубину d и длину l водобойного колодца и высоту водобойной стенки p_ст.

Задача 6. Для условий задачи 3 рассчитать необходимые открытия а_i плоских затворов на гребне водосливной плотины для пропуска расходов воды, равных 0,1; 0,3; 0,5; 0,7 Q при НПУ в верхнем бьефе.

Показать на плане водохранилищного гидроузла схематическое расположение водосливной плотины с гасителем энергии и магистрального канала.

Рекомендуемая литература

1. Справочник по гидравлическим расчетам/ под ред. П.Г.Киселева. – М.: Энергия, 1974. – … с.

2. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика/ Под ред В.П.Недриги. – М.: Стройиздат, 1983. – … с.

3. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. Кн.2. – М.: Энергоатомиздат, 1991. -… с.

4. Гиргидов А.Д. Механика жидкости и газа (гидравлика). – СПб: Изд-во СпбГПУ, 2007. - ...с