Разработка программы расчёта перепадов на коллекторах круглого сечения при помощи программы Pascal (Постановка задачи и математическое описание)

Постановка задачи и математическое описание

В данном курсовом проекте необходимо разработать программу расчёта перепадов на коллекторах круглого сечения при помощи программы Pascal. При гидравлическом расчёте перепадов в виде водосливов практического профиля определяют длину падения струи, очертание профиля криволинейной стенки, глубину потока за стенкой падения, сопряжённую с ней глубину, характер сопряжения и конструкцию водобойного колодца.

Для этого необходимо знать: диаметр трубопровода, расход, уклоны дна верхового и низового коллекторов, наполнение до и после перепада, высота перепада, начальная глубина водобойного колодца, диаметр подводящей трубы, максимальный расход, расход, длина перепада, ширина перепада, высота, диаметр нижнего колодца, число ступеней, высота выхода.

При этом есть возможность образования прыжка, если сопряжённая глубина больше глубины в низовом коллекторе и уклон дна низового коллектора ниже критического. В этом случае необходимо устройство водобойного колодца с глубиной рассчитанной по нашей программе.

В настоящее время во многих городах РБ построили и строят глубоко заложенные коллекторы, это связано с неблагоприятными грунтовыми условиями, или развитием городов и необходимостью пропуска больших количеств сточных вод через центральные застроенные высокими зданиями районы.

При гидравлическом расчёте перепадов большой высоты их выполняют в виде стояков (трубчатые перепады). Для нормальной работы стояка и обеспечения безнапорного движения в нём необходимо, чтобы глубина воды над началом стояка и его верхней кромкой обеспечивало свободное истечение жидкости из подводящего канала. Глубина воды в конце коллектора позволяет определить минимальный расход поступающий к перепаду жидкости. Этот расход подлежит сбросу по вертикальному стояку при безнапорном режиме движения в стояке. Приняв скорость в канале стояка равной скорости в конце подводящего коллектора, можно для заданных условий определить диаметр стояка. Действительно, при wкон = wст

pD /8 =  pD /4 или d = D/  2 = D/1,42    0,7D

В начале стояка со стороны подводящего коллектора должно быть устроено отверстие, через которое поступает воздух для ликвидации возникающего вакуума под ниспадающей струей. Наличие вакуума и периодическое поступление воздуха сверху и с колодца, приводят к неустойчивой работе стояка и опасны из-за вибрации всего устройства, сопровождаемой большим шумом.

Скорость в конечном сечении стояка может быть получена из уравнения Д. Бернулли, составленного для начального и конечного сечения стояка:

vн + 2gP = v  (1+ lсмP/4R), где v  – скорость во входном сечении стояка;

vн   – начальная скорость во входном сечении стояка;

P   – высота перепада;

lсм – коэффициент сопротивления трения по длине смеси воды с воздухом, равный 1,4l

R    – гидравлический радиус потока в трубе, равный К (d/4).

Значение К зависит от высоты стояка Р и его диаметра d. При d = 0,5 … 1,5 м     и   Р > 10 м приближённо можно принять К = 0,35. Исходя из уравнения Бернулли, скорость в конечном сечении стояка:

v = j  vн + 2gP , где j – коэффициент скорости, равный:

j = 1/(  1+ (lсм / Kd) P )

В зарубежной практике в качестве гасителей энергии падающего потока жидкости применяют многоступенчатые (каскадные) перепады. Эти сооружения выполняются в виде вертикальной шахты прямоугольной или круглой формы в плане с наклонными ступенями, обращёнными навстречу друг к другу.