2.3 Зависимости в трапецеидальном русле 2

Площадь сечения  и смоченный периметр  трапецеидального сечения (рис. 3) могут быть выражены формулами:

 = bh₀ + m; (15)

 = b + , (16)

где m = ctg   коэффициент заложения откосов.

Рисунок 3 – Трапецеидальное сечение

Коэффициент заложения откосов принимается либо по конструктивным соображениям для укреплённых русел, либо в зависимости от категории грунта неукреплённых каналов (справочные данные).

В общем случае для гидравлически наивыгоднейшего сечения трапецеидального русла отношение ширины b к высоте сечения h₀ записывается в виде следующего равенства:

 = . (17)

Для всех гидравлически наивыгоднейших сечений трапецеидальных русел гидравлический радиус (он является максимальным) равен половине глубины:

R_max = .

В частных случаях по формулам (15) и (16) ведётся также расчёт русел прямоугольного сечения (при m = 0) и треугольного (при b = 0).

2.4 Основные типы задач по расчёту каналов

Расчёт каналов ведётся по формуле (4). При гидравлическом расчёте решается одна из следующих задач:

1. Определяется расход Q при заданных размерах живого сечения канала, клоне дна и коэффициенте шероховатости.

2. Определяется уклон дна канала i₀ при заданных размерах живого сечения канала, расходе и коэффициенте шероховатости.

3. Определяются размеры живого канала при заданной величине расхода, уклоне дна канала и коэффициенте шероховатости.

При решении третьей задачи обычно необходимо определить нормальную глубину h₀ или другие линейные размеры .

При гидравлическом расчёте каналов большое значение имеет правильный выбор (или установление) средней скорости воды в канале. Слишком малые скорости требуют большого сечения канала и способствуют его заиливанию. Чрезмерно большие скорости могут вызвать размыв дна стенок канала.

Поэтому обязательным условием при гидравлическом расчёте каналов является соблюдение следующего условия:

v_min < v < v_max. (18)

Значения минимальной (незаиливающей) v_min и максимальной (неразмывающей) v_max скоростей принимаются по справочникам в зависимости от рода грунта или материала стенок канала.

При гидравлическом расчёте каналов, так же как и при расчёте напорных трубопроводов, удобно пользоваться специальными таблицами, графиками, номограммами, составленными разными авторами для различных форм сечений и материала стенок каналов, значительно упрощающими технику расчёта.

2.5 Безнапорное движение жидкости в трубах

К безнапорным (самотечным) трубопроводам относятся канализационные и дренажные трубы, водосточные каналы (ливнеспуски), самотёчные водопроводные трубы и т.д.

Наиболее распространёнными формами сечений безнапорных трубопроводов являются: круглое, овоидальное, обратноовоидальное, лотковое (рис. 4, а, б, в). Корытообразные сечения (рис. 4, г) применяются при устройстве гидротехнических тоннелей.

а) круглое; б) – овоидальное; в) обратноовоидальное; г) лотковое; д) корытообразное

Рисунок 4 – Сечение безнапорных труб

Отношение высоты наполнения h₀ к диаметру d называется степенью наполнения.

При расчёте труб дождевого водоотведения допускается полное наполнение трубы = 1, а в трубах для отведения промышленных и бытовых сточных вод степень наполнения не допускается более = 0,8 при диаметрах труб более 900 мм, а для меньших диаметров расчётная степень наполнения принимается в пределах 0,6…0,75.

Расчёт безнапорных труб ведётся по формулам:

v = В_отн  W_п  , (19)

Q =   W_п  = А_отн  К_п  . (20)

где W_п – скоростная характеристика при полном заполнении труб;

К_п – расходная характеристика при полном заполнении труб;

В_отн, А_отн – относительные скоростная и расходная характеристики.

Относительные скоростная В_отн = и расходная А_отн = характеристики определяются по графику для любого заданного заполнения . Значения W_п и К_п приведены в таблицах.

Минимальные средние в сечении скорости v_min, при которых не происходит заиление водоотводных труб, называются самоочищающимися скоростями. Рассчитываются v_min по эмпирическим формулам. Максимальные допустимые скорости принимаются из условий недопущения разрушения труб; для металлических труб v_max = 8 м/с; для неметаллических v_max = 4 м/с.

При расчёте безнапорных труб встречаются следующие типы задач:

1) найти расход при известных диаметре, степени наполнения и уклоне;

2) найти уклон при заданных диаметре, степени наполнения и расходе;

3) заданы степень наполнения, расход и уклон. Необходимо определить диаметр;

4) дано: диаметр, расход и уклон; найти степень наполнения.

Дренажные трубы рассчитываются как безнапорные, но при условии полного наполнения.