Определение глубины равномерного движения на отводящем участке канала. Определение средних скоростей движения воды в канале

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра гидравлики

            Расчетно-графическая работа № 4

по курсу гидравлики

Выполнил:            Савченко Д.Б., группа 3013/1

Проверила:           Локтионова Е.А.

Санкт-Петербург

2012

Оглавление

1.     ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ h₀₁ И ШИРИНЫ КАНАЛА ПО ДНУ b НА ПОДВОДЯЩЕМ УЧАСТКЕ КАНАЛА ПРИ β=(β_Г.Н.)_ПРЕД. 3

1.1.        Глубина равномерного движения h₀₁ 3

1.2.        Ширина канала по дну b. 4

2.     ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ h₀₂НА ОТВОДЯЩЕМ УЧАСТКЕ КАНАЛА.. 6

3.     ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНИХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ В КАНАЛЕ И СРАВНЕНИЕ ИХ С МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫМИ ДЛЯ ЗАДАННОГО ГРУНТА СКОРОСТЯМИ.. 11

4.     ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ГЛУБИНЫ h_K И КРИТИЧЕСКОГО УКЛОНА i_K КАНАЛА.. 15

4.1.        Определение критической глубины h_К. 15

4.2.        Определение критического уклона i_К. 16

5.     ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ СЕЧЕНИЯ.. 18

6.     ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПОДВОДЯЩЕМ УЧАСТКЕ КАНАЛА.. 20

7.     ПОСТРОНИЕ КРИВЫХ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТИПА С_I И B_I НА ОТВОДЯЩЕМ УЧАСТКЕ КАНАЛА.. 25

7.1.        Кривая свободной поверхности типа с_I 25

7.2.        Кривая свободной поверхности типа b_I 28

8.     ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПОДВОДЯЩЕМ И ОТВОДЯЩЕМ УЧАСТКАХ КАНАЛА ПРИ ПОЛНОСТЬЮ ОТКРЫТОМ ЗАТВОРЕ. 33

9.     ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ПРЫЖКОВОЙ ФУНКЦИИ θ(h) 35

10.      ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИИ СОПРЯЖЁННЫХ ГЛУБИН ДЛЯ КРИВОЙ ТИПА С_IИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ  ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЫЖКА.. 38

11.      ОПЕРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЫЖКА.. 38

ЛИТЕРАТУРА.. 41

1.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ h₀₁ И ШИРИНЫ КАНАЛА ПО ДНУ b НА ПОДВОДЯЩЕМ УЧАСТКЕ КАНАЛА ПРИ β=(β_Г.Н.)_ПРЕД

1.1.  Глубина равномерного движения h₀₁

Определим предельное значение относительной ширины канала β.

,                    (1.1)

где m – коэффициент откоса  канала (m=2).

.

          Найдём необходимое значение модуля расхода К_необх1.

               (1.2)

где     Q – расход воды в канале (Q = 52,7 м³/с);

          i – уклон дна на соответствующем участке канала (i₁ = 0,0001).

м³/с.

Зная значение необходимого модуля расхода определим глубину канала h₀₁. Для этого составим таблицу, отражающую зависимость модуля расхода от глубины канала (табл. 1.1).

Таблица 1.1

h01	м	2,00	2,5	3,0	3,20	3,50
b	м	7,00	8,75	10,50	11,2	12,25
ω	м2	22,00	34,38	49,50	56,32	67,38
χ	м	15,94	19,93	23,92	25,51	27,90
R	м	1,38	1,72	2,07	2,21	2,41
C	м1/2/с	62,07	64,42	66,41	67,12	68,13
K1	м3/с	1603,93	2908,12	4728,93	5617,02	7133,25

Пример расчёта таблицы (для h₀₁= 2м):

1.  Ширина канала:

              (1.3)

b = 3,5 * 2 = 7 м.

2.  Площадь живого сечения канала:

.            (1.4)

ω = (7 + 2 * 2) * 2 = 22 м².

3.  Смоченный периметр живого сечения канала:

.                  (1.5)

.

4.  Гидравлический радиус:

.                (1.6)

м.

5.  Коэффициент Шези:

 ,      (1.7)

где n – коэффициент шероховатости (n = 0,017).

 /с.

6.  Модуль расхода:

Модуль расхода определяется по формуле (1.2). Сам расход может быть найден по формуле:

.    (1.8)

Используя формулы (1.2) и (1.8) выразим модуль расхода иначе:

         (1.9)

 м³/с.

По данным таблицы 1.1 строим график зависимости h₀₁ =h₀(K₁) (рис.1.1). Используя этот график определим значение глубины канала на подводящем участке. Это значение будет равно значению глубины, соответствующей необходимому модулю расхода.

K_{необход1} =  м³/с  =>h₀₁ = 3,15 м.

1.2.  Ширина канала по дну b

Ширина канала определяется по формуле (1.3):

b = 3,5 * 3,15 = 11,03 м.

2.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ h₀₂НА ОТВОДЯЩЕМ УЧАСТКЕ КАНАЛА

Полагаем, что ширина канала равна найденной в п. 1.2, т.е b= 11,03 м.

Аналогично п.1.1 найдём необходимое значение модуля расхода К_необх2 по формуле (1.2) (i₂ = 0,5 * i₁ = 1,3 * 0,0001 = 0,00013):

м³/с.

Так же, как в п.1.1  составим таблицу, отражающую зависимость модуля расхода от глубины канала (табл 2.1).

Таблица 2.1

h02	м	2,00	2,50	3,00	3,20	3,50
b	м	11,03	11,03	11,03	11,03	11,03
ω	м2	30,06	40,08	51,09	55,78	63,11
χ	м	19,97	22,21	24,45	25,34	26,68
R	м	1,50	1,80	2,09	2,20	2,37
C	м1/2/с	62,97	64,90	66,51	67,09	67,90
K2	м3/с	2322,12	3493,84	4912,48	5551,57	6589,31

Пример расчёта таблицы (для h₀₂= 2м):

1.  Ширина канала:

b = 11,03 м.

2.  Площадь живого сечения канала:

по формуле (1.4):

ω = (11,03+ 2 * 2) * 2 = 30,06 м².

3.  Смоченный периметр живого сечения канала:

по формуле (1.5):

м.

4.  Гидравлический радиус:

по формуле (1.6):

м.

5.  Коэффициент Шези:

по формуле (1.7):

/с.

6.  Модуль расхода:

по формуле (1.9):

м³/с.

По данным таблицы 2.1 строим график зависимости h₀₂= h₀(K₂) (рис.2.1). Используя этот график определим значение глубины канала на отводящем участке. Это значение будет равно значению глубины, соответствующей необходимому модулю расхода.

K_{необход2} =  м³/с  =>h₀₂ = 2,9 м.

На рис. 2.2 показаны сечения канала на отводящем и подводящем участке канала.

Ширина канала по верху определяется по формуле:

.                                                   (2.1)

- на подводящем участке:

B = 11,03+ 2 * 2 * 3,15 = 23,63 м;

- на отводящем участке:

B = 11,03+ 2 * 2 * 2,9 = 22,63 м.

          Необходимо осуществить проверку полученных глубин канала.

Т.к. i₁ < i₂, то должно выполняться условие h₀₁ > h₀₂.

h₀₁ = 3,15 м > h₀₂ = 2,9 м  =>  условие выполнено.

3.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНИХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ В КАНАЛЕ И СРАВНЕНИЕ ИХ С МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫМИ ДЛЯ ЗАДАННОГО ГРУНТА СКОРОСТЯМИ

Средняя скорость движения воды в канале определяется по формуле:

.                 (3.1)

Найдём площади живого сечения канала по формуле (1.4):

- на подводящем участке:

ω = (11,03 + 2 * 3,15)*3,15 = 54,59 м²;

- на отводящем участке:

ω = (11,03 + 2 * 2,9)*2,9 = 48,80 м².

Используя формулу (3.1) найдём средние скорости движения воды на обоих участках канала:

- на подводящем участке:

.

- на отводящем участке:

.

Максимально допустимая скорость является функцией диаметра частиц грунта, слагающего русло канала, и глубины канала: (υ_max)_неразм=f(d, h₀).