- •Санкт-петербургский государственный политехнический университет
- •Расчетно-графическая работа
- •1. Расчет канала трапецеидального сечения (Задача 1)
- •I. Определить ширину канала по дну b:
- •II. Произведем расчет критической глубины по п.Г.Кисилеву.
- •1.1 Через коэффициент бокового сжатия определим напор Но
Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт-петербургский государственный политехнический университет
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра «Водохозяйственное и гидротехническое строительство»
Дисциплина «Гидравлика гидротехнических сооружений»
Расчетно-графическая работа
«Гидравлический расчет водосливной плотины и магистрального канала»
Студент Петров В.А.
Группа__33101/5______________
Руководитель Лавров Н.П.______
Дата выдачи _сентябрь 2013________
Дата окончания _декабрь 2013__________
Срок консультаций с 19.02.2013__ по__21.05.2013
1. Расчет канала трапецеидального сечения (Задача 1)
(рисунок 1.)
Задача 1. В магистральном канале трапецеидального сечения (рисунок 1) при заданных в таблице 1 расходе Q, уклоне дна i, и видах грунта определить:
- коэф. откоса («m»); глубину воды в канале ; ширину канала по дну («b»); скорость потока ; неразмывающую скорость ; максимальную глубину в канале ; критическую глубину ; строительную высоту ; ширину бермы ; ширину дамбы ;
Вариант 13
Исходные данные:
Расход, Q=12м3/с
Уклон i=0.00032
Грунт – Тяжелая плотная глина.
Расчет канала трапецеидального сечения:
I. Определить ширину канала по дну b:
1-й случай. Относительная ширина канала равна рекомендуемому значению для оросительных каналов, вычисленному по эмпирической зависимости С.А.Гиршкана , где .
Коэф. откоса «m» для тяжелых суглинков, согласно табл. 8.1
m=1 [1, табл. 8-1, стр 85]
- относительная ширина канала
расход, определяемый по формуле Шези
- глубина воды в канале, зная
- ширина канала по дну
- площадь поперечного сечения канала
- смоченный периметр
- гидравлический радиус
- коэф. Шези
Коэф. шероховатости примем равным n=0.033, для среднего состояния канала [1, табл. 8-2, стр. 86]
Зная, что требуется обеспечить расход, Q=12м3/с, подберем глубину воды в канале:
Проверим
Тогда:
Ширина канала по дну
Площадь поперечного сечения
Смоченный периметр
Гидравлический радиус
Коэффициент Шези
Расход , предполагаемый расход меньше
По исходным данным требуется расчет на расход 12, получен
;
Принимаю
2. Имея площадь поперечного сечения канала, зная расход Q, проверим канал на размываемость.
Необходимо сравнить значение скорости потока с табличным значением, в соотв. с наименованием грунта (Тяжелая плотная глина)
Скорость потока
Неразмывающая скорость , согласно [1, табл. 11-3, стр.193]
соответственно, канал не размывается.
3. Определим значение критической глубины по формуле , (1) - где q-расход на единицу ширины русла, удельный расход , -коэффициент кинетичности, g-ускорение свободного падения.
q= 1.2\8.24=1.46
1) По формуле (1) определим значение для прямоугольного русла
2) Вычислим аргумент прямоугольного русла по формуле:
, где m-коэффициент откоса, b-ширина дна канала.
По таблице [1, табл. 9-2, стр.108] определим численное значение функции для определения критической глубины трапецеидального русла:
[1, табл. 9-2, стр.108]
- максимальная глубина в канале
- строительная глубина, где -запас, определяемый по таблице.
для 4 класса сооружений. [2, стр.299]
- ширина дамбы
- ширина бермы
II. Гидравлически наивыгоднейшее сечение.
Произведем расчет для определения глубины воды в канале (h); при этом возьмем относительную ширину канала для гидравлически наивыгоднейшего сечения
, где m -коэффициент откоса канала
m=1 [1, табл. 8-1, стр. 85]
[1, табл. 8-16, стр. 97]
Для расчета воспользуемся коэффициентом А:
A=1.15, для коэф. откоса m=1 [1, табл. Значение коэф. А, стр. 97]
Для определения глубины воспользуемся формулой Шези; путем логарифмирования вычислим h:
, где Q-расход, n- относительная шероховатость, i-уклон дна [1, стр. 97, пункт б]
h=3м - глубина воды в канале.
Отсюда вычислим ширину дна канала b:
Для того, чтобы определить, размывается канал или нет, воспользуемся расходной характеристикой K
, где Q-расход, i-уклон, (так же опр. По графику) [1, Рис. 8.13, стр.99]
- площадь поперечного сечения [1, Рис. 8.13, стр.99]
- скорость потока жидкости
[1, табл. 11-3, стр.197]
, следовательно, канал не размывается
Определим критическую глубину при гидравлически наивыгодн. сечении.
, где , α=1.1 - критическая глубина прямоугольного сечения
Что подтверждается: при [1, табл. 9-1, стр.106],
Для нахождения критической глубины трапецеидального сечения применим формулу Агроскина:
, где m-коэф. откоса, b- ширина по дну канала, -крит. прям. сеч.
[1, ф. Агроскина, стр. 108]
- максимальная глубина
- строительная глубина
- запас [2, стр.299]
- ширина дамбы
- ширина бермы
Задача 2. Для данных, полученных по расчету в задаче 1, получить:
- критическую глубину hкр и энергетическое состояние потока в канале (спокойный, бурный)
- 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 hгр1 принять глубину (1,02÷1,03)hо 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 hгр2.
Дано:
, расход
- ширина канала по дну
- уровень воды в канале
- коэф. откоса
относительная шероховатость
- верхняя граничная глубина
- нижняя граничная глубина
- уклон дна
- строительная глубина
I. Произведем расчет формы свободной поверхности - эту величину можно получить с помощью формулы Бахметьева Б.А.:
, - параметр кинетичности, - функции Бахметьева
, где C-коэф. Шези, i-уклон, B-ширина зеркала воды, g-ускорение св. падения, -cмоченный периметр.
Вычислим необходимые величины при :
Площадь поперечного сечения , где b-ширина по дну канала, m-коэф. откоса, hо-глубина воды в канале.
Смоченный периметр
Гидравлический радиус
Коэффициент Шези
Ширина зеркала воды , где ,
,
Получим параметр кинетичности
Вычислим необходимые величины при :
Площадь поперечного сечения
Смоченный периметр
Гидравлический радиус
Коэф. Шези
Ширина зеркала воды , где ,
,
Получим параметр кинетичности и найдем среднее значение параметра кинетичности:
Далее найдем значение функций Бахметьева, воспользовавшись справочником:
[1, табл. 9-3, стр 110]
[1, табл 9-15, стр 110]
По найденному отношению определяем значения x, обратившись к справочнику Киселева.
[1, 9-15, стр. 110]
Получив значение х, по имеющимся таблицам определяем значения функции Бахметьева, при надобности аппроксимируем.
[1, табл 9-15, стр 110]
[1, табл 9-15, стр 110]
[1, табл 9-15, стр 110]
При 0,639
При 0,158
значение, полученное для x=4.13,
вычисленные ранее значения подставляем в формулу Бахметьева: