ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»

Кафедра портов, строительного производства, оснований и фундаментов.

Курсовая работа по гидравлике

«Гидравлический расчет неравномерного движения воды в каналах»

Выполнил: Михайлов В.В.

Группа КВ 4,5

Проверил: Кудрявцев А.В.

Санкт - Петербург

2012 год.

Вариант 12.

b, м	m	i1	i2	i3	i4	l1, м	l2, м	l3, м	l4, м	Q, м3/с	характер облицовки
14	1	0,029	-0,0007	0,008	0	350	300	300	250	48	бетон

Исходные данные :

Поперечное сечение канала – прямоугольное;

Ширина по дну, b

Коэффицент заложения откоса m

Канал состоит из 4-х участков с уклонами i_1,i_2,i_3,i₄

Характер облицовки канала – земля;

В канал из водоема поступает вода с расходом Q;

Длины участков L_1,L_2,L_3,L_4,

h_нач = 0.95*h_кр= 1.04 м

h_кон = 1.05*h_кр= 1.15м

1.Определение критического уклона и нормальной и критической глубин в канале

Задача по определению нормальной глубины h₀ из уравнения Шези решается обычно графоаналитическим методом путем построения графика k=f(h)

где

i₀ – уклон дна;

ω – площадь сечения потока;

– коэффициент Шези;

R = ω/ – гидравлический радиус;

n – коэффициент шероховатости;

χ – смоченный периметр;

Предварительно определяется модуль расхода, соответствующий заданному расходу и уклону дня для данного участка канала:

Затем, задаваясь произвольными 5-6 значениями глубины h, последовательно вычисляются ω, χ, R, C и k. Полученные значении k обязательно должны быть как больше так и меньше ранее найденного значения k_зад. Если значения k оказываются существенно отличными от k_зад , следует изменить выбранные ранее значения глубин h таким образом, чтобы соответствующие им k не отличались от k_зад более чем на ±(30-50)%. Вычисления удобно выполнять в табличной форме (табл.1)

Таблица 1

Участок №1 (k_зад=281,87)

h	χ	ω	R	√R	C	K
0,6	15,2	8,4	0,55	0,74	30,20	188,56
0,7	15,4	9,8	0,64	0,80	30,91	241,68
0,8	15,6	11,2	0,72	0,85	31,54	299,34
0,9	15,8	12,6	0,80	0,89	32,10	361,18
1	16	14	0,88	0,94	32,60	426,92

Таблица 2

Участок №2 (k_зад= 1814,23)

h	χ	ω	R	√R	C	K
2	18	28	1,56	1,25	35,88	1253,03
2,4	18,8	33,6	1,79	1,34	36,72	1649,45
2,8	19,6	39,2	2,00	1,41	37,42	2074,20
3,2	20,4	44,8	2,20	1,48	38,00	2523,03
3,6	21,2	50,4	2,38	1,54	38,51	2992,53

Таблица 3

Участок №3 (k_зад= 536,66)

h	χ	ω	R	√R	C	K
1	16	14	0,88	0,94	32,60	426,92
1,1	16,2	15,4	0,95	0,97	33,05	496,29
1,2	16,4	16,8	1,02	1,01	33,47	569,07
1,3	16,6	18,2	1,10	1,05	33,85	645,05
1,4	16,8	19,6	1,17	1,08	34,20	724,05

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Значения ω, χ и ширины канала для прямоугольных русел определяются по формулам:

ω = b*h

χ = b+2h

B=b

По данным таблицы строятся графики (рис.1,2,3), на которых показана последовательность определения h₀ для данного участка. Аналогичные вычисления и построения выполняются и для других участков канала, уклоны которых не равны нулю (при уклоне дна, равном 0, h₀=∞).

Для русел прямоугольного сечения существует аналитическая зависимость для вычисления критической глубины:

(α≈1,0),

где q = Q/B – удельный расход.

Критический уклон i_кр, при котором для данной формы русла и заданного расхода h₀ = h_кр, определяется по формуле:

χ_кр = b+2 h_кр

В_кр = b

Результаты расчета сведены в таблицу 4

Таблица 4

χ кр	Вкр	ω кр	Скр	R кр	I кр
16,19	14,00	15,36	31,61	0,95	0,01

Для определения вида кривых свободной поверхности используется уравнения неравномерного движения:

где i_тр – гидравлический уклон, или его модификация

В результате качественного анализа этих уравнений удается для всех типов русел устанавливать виды кривых свободной поверхности, встречающихся в практических расчетах. Вида кривой на данном участке определяется типом русла, соотношением глубин h₀ и h_кр и зоной течений (А, В или С). Для русел 1-го типа (i₀ >0) существует 3 зоны, для русел 2 и 3 типа из-за отсутствия понятия нормальной глубины существует 2 зоны.

В расчетно-графическом задании указывается количество участков проектируемого канала, их длина и уклоны дна. Кроме того, задаются глубины в начале или конце некоторых участков.