Предмет гидравлика и основные физические свойства жидкости. Основные физические свойства жидкости. Понятие об идеальной жидкости, страница 29

Обводнительные - для водоснабжения сельскохозяйственных работ.

Оросительные - для орошения площадей.

Осушительные - для восстановления земель.

Равномерное движение жидкости в каналах и безнапорных водоводах.

Равномерное движение жидкости в русле такое, когда скорость движения частиц жидкости по оси каждой элементарной струйки не изменяется по длине.

Следовательно, средняя скорость в различных живых сечениях одинакова. Такое движение возможно при условии постоянства расхода, размеров и формы живых сечений, шероховатости и гидравлического уклона.

Поскольку выше перечисленные параметры постоянны, то h= const, ее называют нормальной глубиной h₀. Следовательно, пьезометрическая линия, совпадающая со свободной поверхностью, параллельна дну русла и, таким образом, пьезометрический уклон J  равен продольному уклону дна русла i₀ (геометрическому уклону).

 

Рис. 1.97.а.   Схема продольного сечения канала.

Ограничимся рассмотрением только турбулентного режима движения воды.

Основные зависимости, используемые при расчете каналов, следующие: ,

, где,   ,

i= J.

Дополнительно будем пользоваться формулами:

,       .

Тогда:

, или

, где,  - расходная характеристика потока,

, где, - скоростная характеристика потока.

Откуда получаем:

,                                                                                     (170)

.                                                                                    (171)

При расчете каналов одним из основных показателей является допустимая «предельная» скорость υ, которая должна удовлетворять следующим требованиям:

а)       скорость течения не должна вызывать размывы, т.е. не превышать предельную скорость по размыву;

б)       скорость течения не должна вызывать заиливание русла, т.е. должна быть больше скорость заиливания;

в)       скорость течения не должна допускать зарастания канала.

То есть скорость должна находиться в пределах:

.

Максимально допустимые скорости для различных стенок каналов: песок 0,2 м/с, гравий 1,2 м/с, глина 1,8 м/с, бетон 10 м/с.

Минимальные находятся:

 , где: ℓ -коэф., учитывающий количество взвеси.

Если же при расчете получаем, что , то приходится или повышать υ_max или уменьшать υ.

Для увеличения  υ_max обычно ведут облицовку каналов, а для уменьшения  υ нужно уменьшить R,C или i.

Один из приемов:

1.  Изменение формы сечения канала.

2.  Создание искусственной шероховатости.

3.  Уменьшение уклона iза счет перепадов.

Гидравлические элементы каналов.

 

Рис. 1. 97.

m- коэф. откоса

ω-смоченный периметр

Рис. 1.97.б.   Виды поперечного сечения каналов.

Каналы имеют различную форму поперечных сечений (рис. 1.97.б.), которая определяется назначением канала, характеристикой грунтов, пропускной способностью и т.д.

Основным показателем, характеризующим канал является гидравлический радиус R, который определяется по формуле:

.

В зависимости от формы канала (рис. 1.97.б.), его площадь поперечного сечения ω и смоченный периметр χ можно найти по формулам:

1)  B=в+2hm;    ; .

2)  в =0; B=2mh; ; .

3)  в=B; m=ctg 90° =0; ; .

Гидравлически наивыгоднейшим является такой канал, у которого при заданной площади поперечного сечения наименьший смоченный периметр (или наибольший гидравлически paдиус R ).

Гидравлически наивыгоднейший канал обладает наибольшей пропускной способностью.

Гидравлически наивыгоднейший профиль при равных т, i, n, Qхарактеризуется максимально возможной средней скоростью υ,а следовательно, минимальной площадью живого сечения ω.

Гидравлически наивыгоднейшие каналы очень узкие, поэтому на практике строят более широкие.

Задачи при расчете каналов.

Трапецеидальный канал характеризуется следующими шестью величинами: в, h, m (они определяют размер сечения канала) и n, i, Q.

Обычно задача гидравлического расчета состоит в том, чтобы, зная пять величин найти шестую. Рассмотрим основные шаблоны.