Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего сечения

1.2 Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего сечения

Гидравлически наивыгоднейшее сечение – такое, у которого при заданных ω, i расход Q оказывается максимальным.

Решив это уравнение найдем:

h=3,01 м b=0,61h=1,84 м.

1.3 Определение нормальных глубин для заданных расходов Q_min, Q, Q_max и построение кривой Q=f(h)

i=0,00015

Вычисления удобно свести в таблицу:

м3/с   h, м	Q, м3/с
0	0
0,5	1,0037
1	3,3392
1,5	6,9297
2	11,847
2,5	18,188
3	26,059
3,5	35,566
4	46,814
4,5	59,907
5	74,946

По графику можно определить нормальные глубины для заданных расходов.

1.4 Определение типа и построение кривой свободной поверхности

При проведении гидравлических расчетов неравномерного движения, например, при расчете кривых свободной поверхности, сопряжении бьефов, необходимо знать критическую глубину h_кр. Критическая глубина соответствует минимуму удельной энергии сечения и в общем случае определяется из уравнения:

α ≈1

Решив это уравнение найдем:

Критический уклон найдем по формуле:

 – обычный канал.

Тип кривой а_I, кривая подпора.

Построение кривой свободной поверхности:

2

– относительные глубины – средняя кинетичность потока

φ(η) – определяется в зависимости от гидравлического показателя русла X и относительной глубины.

Определение:

h₁=1,5 м h₂=2,06 м С₁=50,4 C₂=52,3 B₁=9,57 м B₂=11,25 м χ₁=10,5 м χ₂=12,5 м

Гидравлический показатель русла:

Задаемся: h₁=1,79 м h₂=1,2 h₀=1,8 м, тогда , φ(η₁)=0,312 φ(η₂)=0,301

Вычисления удобно свести в таблицу:

№	h1	h2	η1	η2	X		φ(η1)	φ(η2)	l
0	1,8	1,8	1,2	1,2	3,7	0,037	0,301	0,301	0
1	1,79	1,8	1,193	1,2	3,7	0,037	0,312	0,301	172,6
2	1,78	1,8	1,187	1,2	3,7	0,037	0,315	0,301	268,2
3	1,77	1,8	1,18	1,2	3,7	0,037	0,323	0,301	411,9
4	1,76	1,8	1,173	1,2	3,7	0,037	0,331	0,301	555,6
5	1,75	1,8	1,167	1,2	3,7	0,037	0,339	0,301	699,3
6	1,73	1,8	1,153	1,2	3,7	0,037	0,357	0,301	1006
7	1,7	1,8	1,133	1,2	3,7	0,037	0,389	0,301	1514
8	1,67	1,8	1,113	1,2	3,7	0,037	0,427	0,301	2080
9	1,65	1,8	1,1	1,2	3,7	0,037	0,456	0,301	2493
10	1,6	1,8	1,067	1,2	3,7	0,037	0,553	0,301	3760
11	1,55	1,8	1,033	1,2	3,7	0,037	0,732	0,301	5817
12	1,507	1,8	1,005	1,2	3,7	0,037	1,231	0,301	10909

2. Расчет сбросного канала

Решив это уравнение найдем:

h=1,37 м b=4h=5,48 м ω=5,5h²=10,32 м².

Так как скорость в канале больше размывающей, то необходимо сделать «одежду» для канала, т.е. выполнить укрепление дна и откосов. В качестве «одежды» примем гравийно-галечную обсыпку. При этом коэффициент шероховатости n=0,02 т.е. остается таким же как и до обсыпки, следовательно, скорость течения и глубина воды в канале не изменятся.

Решив это уравнение найдем:

h=0,84 м ω=1,5h²+5,48h=5,66м² R=0,67 м.

3. Расчет водозаборного регулятора

В качестве водозаборного регулятора используется водослив с широким порогом. Сопряжение водослива с широким порогом осуществляется по типу конусов. Высота водослива со стороны верхнего бьефа P назначается конструктивно в пределах P=0,25÷1 м, а толщина δ=(3÷5) H.

Коэффициент расхода m определяется в зависимости от вида сопряжения водослива с подводящим каналом и отношения P/H.

Расчет водослива с широким порогом заключается в определении его ширины, при которой перед сооружением сохраняется нормальная глубина.

Основное расчетное уравнение:

h_{маг. канала}=2,06 м h_{сбр. канала}=1,37 м

b_{маг. канала}=5,1 м b_{сбр. канала}=5,48 м

В_{маг. канала}=11,28 м b_{сбр. канала}=9,59 м

– при прямоугольном очертании быков и береговых устоев.

Задаемся P=0,4 м, тогда Н= h_{маг. канала}-Р=2,06–0,4=1,66 м.

Проверка подтопления:

Водослив считается подтопленным если , следовательно водослив не подтоплен

I приближение:

II приближение:

Окончательно принимаем: Р=0,4 м., b=4,4 м., δ=3Н≈5 м.

4. Расчет многоступенчатого перепада 4.1 Расчет входной части (щелевой водослив)

Если входная часть проектируется как щелевой водослив, то для предельных значений расходов Q_max и Q_min можно так подобрать размеры водослива, что бы равномерное движение в подводящем канале сохранялось бы при различных расходах в интервале Q_max и Q_min.

Необходимо определить среднюю ширину щели по низу «b_ср» при пропуске Q₁ и Q₂ через щель. Эти расходы определяют при нормальных глубинах:

h₀₁=h_0max-0,25 (h_0max-h_0min)=1,37–0,25 (1,37–0,84)=1,24 м

h₀₂=h_0min+0,25 (h_0max-h_0min)=0,84+0,25 (1,37–0,84)=0,97 м

 

Для щелевых водосливов коэффициент расхода m≈0,48, коэффициент сжатия σ_с=0,95

Окончательная ширина щели по низу определяется по формуле:

Коэффициент заложения откосов щели: δ=(0,5÷2) Н=2 м.

4.2 Расчет ступеней

Число ступеней – 3, ширина перепада b=5,5 м, удельный расход q=Q/b=12,6/5,5=2,3 м²/с.

Первая ступень.

Высота стенки падения Р₁=2 м.

Высота водобойной стенки:

Геометрический напор перед водобойной стенкой:

Полный напор перед водобойной стенкой:

Критическая глубина:

Глубина в сжатом сечении:

Вторая сопряженная глубина:

Длина колодца:

Длина прыжка:

Полный напор на щелевом водосливе:

Дальность полета струи:

Вторая ступень.

Высота стенки падения Р₂=2 м.

Высота водобойной стенки:

Геометрический напор перед водобойной стенкой:

Полный напор перед водобойной стенкой:

Критическая глубина:

Глубина в сжатом сечении:

Вторая сопряженная глубина:

Длина колодца:

Длина прыжка:

Дальность полета струи:

Третья ступень.

Высота стенки падения Р₃=2,5 м.

Бытовая глубина: h_б=h_{сброного канала}

Глубина колодца:

Величина перепада:

Критическая глубина:

Глубина в сжатом сечении:

Вторая сопряженная глубина:

Длина колодца:

Длина прыжка:

Дальность полета струи:

Литература

1.  Справочник по гидравлическим расчетам. Под ред. П.Г. Киселева. М.; Энергия, 1972.

2.  Примеры гидравлических расчетов. Под ред. А.И. Богомолова. М.; Транспорт, 1977.

3.  Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.; Энергоиздат, 1982.

4.  Методические указания к курсовой работе «Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений» по курсу «Гидравлика» для студентов дневного обучения специальности 1203 – «Гидротехническое строительство речных сооружений и ГЭС». И.П. Вопнярский, Н.Е. Бонч-Осмоловская. Минск 1984.