Главная Коллекция "Revolution" Геология, гидрология и геодезия Неравномерное установившееся движение воды в открытых призматических руслах

Неравномерное установившееся движение воды в открытых призматических руслах

Теоретические основы гидравлических расчетов неравномерного установившегося движения воды в открытом призматическом русле, основанные на построении линии свободной поверхности. Определение характера сопряжения падающей водной струи с нижним бьефом.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	учебное пособие
Язык	русский
Дата добавления	31.08.2018
Размер файла	608,3 K

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Для того чтобы уменьшить мощность этого крепления и снизить его стоимость, на более короткой длине за сооружением необходимо:

1) преобразовать часть получившейся в нижнем бьефе кинетической энергии в потенциальную, доведя относительно малую глубину hc до величины hб;

2) погасить оставшуюся часть избыточной кинетической энергии, т.е. рассеять ее, преобразовав в тепло за счет работы сил трения.

Гася за сооружением избыточную кинетическую энергию, вместо отогнанного гидравлического прыжка получаем затопленный прыжок, причем мощность крепления в нижнем бьефе снижается. Специальные устройства, сооружаемые в нижнем бьефе с целью гашения, называются гасителями энергии гидравлического прыжка.

В качестве гасителей энергии гидравлического прыжка можно применить водобойный колодец или водобойную стенку.

5.1 Расчет водобойного колодца

Чтобы предупредить образование отогнанного прыжка в нижнем бьефе сооружений, необходимо увеличить глубину нижнего бьефа. Для этого устраивают водобойные колодцы (рисунок 13).

Рисунок 13 Водобойный колодец

Гидравлический расчет водобойного колодца состоит в определении глубины колодца a и его длины lк.

Необходимая глубина колодца a, м, при которой получается затопленный прыжок, должна удовлетворять условию

. (54)

При этом перепадом на водобойном уступе можно пренебречь.

Предварительно определяется так называемая теоретическая глубина колодца a0, м, при которой прыжок устанавливается в сжатом сечении и которая удовлетворяет уравнению

. (55)

Уравнение (55) необходимо решать подбором. Задаваясь различными значениями a0, определяются величины

(56)

По графику (см. рисунок 12) определяют величины hс, по уравнению (53) вычисляются соответствующие величины . Результаты вычислений сводят в таблицу 11.

Таблица 11 Определение глубины колодца

а0, м	hc, м	(a0 + hб), м

По данным таблицы 11 строят кривую = f1(a0) и прямую (a0 + ) = = f2 (a0) (рисунок 14). Точка пересечения этих линий соответствует теоретической глубине колодца a0.

Рисунок 14 График для определения глубины колодца

Чтобы получить затопленный прыжок, глубину колодца необходимо увеличить на 5-10 %, при этом действительная глубина колодца определяется из выражения

a = (1,05…1,10)a0. (57)

Длина колодца, м, зависит от типа сооружения и для плотины определяется по формуле

lк = L

(58)

где - длина гидравлического прыжка, м.

В случае перепада на канале (и быстротоке) длина колодца, м,

(59)

где l1 - дальность отлета струи, м.

Длина гидравлического прыжка рассчитывается по эмпирической формуле Сафранеца

(60)

где- вторая глубина прыжка, м, соответствующая действительной глубине колодца a.

Дальность отлета струи, м,

(61)

5.2 Расчет водобойной стенки

Водобойная стенка представляет собой преграду в русле нижнего бьефа в виде водослива практического профиля (рисунок 15).

Рисунок 15 Водобойная стенка

Водобойная стенка должна обеспечить сопряжение по типу затопленного гидравлического прыжка. Гидравлический расчет водобойной стенки сводится к определению высоты стенки и расстояния ее до сжатого сечения . Глубина воды перед стенкой должна быть больше второй сопряженной глубины ().

Глубина воды перед стенкой

(62)

где - геометрический напор перед стенкой, м.

Тогда

(63)

откуда,

(64)

Принимая водобойную стенку как неподтопленный водослив практического профиля без бокового сжатия, получим выражение напора

(65)

где Q - расход потока, поступающего в нижний бьеф, м3/c;

m 0,40 - коэффициент расхода водослива;

b - длина водобойной стенки (ширина русла нижнего бьефа), м;

- средняя скорость потока на подходе к водобойной стенке, м/c.

(66)

После определения высоты водобойной стенки необходимо определить условие сопряжения потока за стенкой. В случае, если за стенкой наблюдается отогнанный прыжок, то для предотвращения отгона прыжка необходимо рассчитать вторую стенку или запланировать устройство комбинированного водобойного колодца.

Расстояние от сжатого сечения до водобойной стенки определятся аналогично расчету длины водобойного колодца.

6. ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИИ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ

Построение линии свободной поверхности можно осуществить, используя пакет прикладных программ MathCAD с применением метода численного интегрирования (метода Рунге - Кутта).

Методом Рунге - Кутта можно решить основное дифференциальное уравнение неравномерного установившегося движения, используя только заданные характеристики русла водотока и расход воды.

Метод Рунге - Кутта имеет несколько достоинств. Поскольку для вычисления -го значения функции нужно лишь одно начальное значение , то метод является самостартующим. Выбор величины шага в программе осуществляется автоматически.

Данный метод реализуется в среде MathCAD функцией

(67)

где - начальное значение функции в точке ;

и - соответственно значения начала и конца отрезка интегрирования;

N - количество итераций;

(68)

Таким образом, задав начальное значение функции границы отрезка и число итераций N, получаем координаты точек кривой свободной поверхности. Используя полученные значения и задавая различный уклон, можно построить кривую свободной поверхности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Калицун, В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация : учеб. пособие для вузов по специальности «Пром. и гражд. стр-во» / В. И. Калицун, В. С. Кедров, Ю. М. Ласков. - М. : Стройиздат, 2002. - 396 с.

2 Сайриддинов, С. Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения : учеб. пособие для вузов по специальности «Водоснабжение и водоотведение» направления подгот. дипломир. специалистов «Стр-во» / С. Ш. Сайриддинов. - М.: Ассоц. строит. вузов, 2004. - 338 с.

3 Ухин, Б. В. Гидравлика : учебник по специальности 270112 (2912) «Водоснабжение и водоотведение» / Б. В. Ухин, А. А. Гусев. - М. : Инфра-М, 2008. - 430 с.

4 Кузнецов, Е. В. Гидравлический расчет каналов и гидротехнических сооружений на них / Е. В. Кузнецов. - Краснодар : КГАУ, 2003. - 34 с.

5 Железняков, Г. В. Гидравлика и гидрология. - М. : Транспорт, 1989. - 376 с.

6 Методические указания по курсу «Гидравлика, водоснабжение и канализация» / Сост.: В. М. Люпаев, С. В. Дудынов. - Саранск : Морд. ун-т, 1993. - 33 с.

7 Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П. Г. Киселева. - М. : Энергия, 1972. - 312 с.

Размещено на Allbest.ru

...