Главная Учебники - Геология Лекции (геология) - часть 1
«Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений»
Минск 2009 Содержание..................................................................................................... 2 Задание............................................................................................................ 3 1. Расчет магистрального канала................................................................... 5 1.1Определение размеров поперечного сечения......................................... 5 1.2 Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего сечения....................... 9 1.3 Определение нормальных глубин для заданных расходов Qmin
, Q, Qmax
и построение кривой Q=f
(h)............................................................................... 9 1.4 Определение типа и построение кривой свободной поверхности........ 11 2. Расчет сбросного канала........................................................................... 14 3. Расчет водозаборного регулятора........................................................... 16 4. Расчет многоступенчатого перепада........................................................ 18 4.1 Расчет входной части (щелевой водослив)............................................ 18 4.2 Расчет ступеней....................................................................................... 20 Литература.................................................................................................... 23 Магистральный канал подает воду на орошение и обводнение подкомандной ему территории. От магистрального канала отходит сбросной канал, в головной части которого устраивается регулятор. На сбросном канале предусматривается сооружение многоступенчатого перепада. Требуется выполнить гидравлические расчеты следующих гидротехнических сооружений. 1. Расчет магистрального канала
— Определение размеров канала из условия его неразмываемости (Qmax
=1,8Q) и незаиляемости (Qmin
=0,75Q). — Определение нормальных глубин для заданных расходов Qmax
, Qmin
, Qн
и построение кривой Q=f
(
h
)
. — Определение типа и построение кривой свободной поверхности. 2. Расчет сбросного канала
Определение размеров трапециидального сбросного канала при заданном β=
b
/
h
3. Расчет водозаборного регулятора
Определение рабочей ширины регулятора при глубинах равномерного движения в магистральном и сбросном каналах при пропуске максимального расхода. 4. Расчет многоступенчатого перепада
— Расчет входной части — Расчет ступеней — Расчет выходной части Схема гидротехнических сооружений Равномерное движение жидкости, т.е. движение, при котором средние скорости v
, площади живых сечений ω и глубины h по длине потока остаются неизменными, наблюдается в искусственных призматических руслах (каналах), имеющих большую протяженность. Основная расчетная формула для равномерного движения жидкости – формула Шези: C– коэффициент Шези: n– коэффициент шероховатости. Для плотного лесса n = 0,02 Наиболее распространенной формой сечения канала является трапецеидальная. Определение размеров поперечного сечения сводится к определению ширины по дну и глубины наполнения по заданным параметрам (расход Q, уклон i
, коэффициенты шероховатости n и заложения откосов m). При расчетах используется рациональное соотношение β между шириной канала по дну и глубиной наполнения. Решив это уравнение найдем: h=1,25 м b=3,38h=4,23 м. Решив это уравнение найдем: h=1,72 м ω=1,5h2
+4,23h=11,68м2
. Изменяем уклон дна, для этого в начале канала сделаем одноступенчатый перепад. i
=0,00015 Решив это уравнение найдем: h=1,5 м b=3,38h=5,1 м. Решив это уравнение найдем: h=2,06 м ω=1,5h2
+5,1h=16,81м2
. Решив это уравнение найдем: h=1,29 м ω=1,5h2
+5,1h=9,04 м2
R=0,93 м. 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. i
=0,00015 Вычисления удобно свести в таблицу: По графику можно определить нормальные глубины для заданных расходов. При проведении гидравлических расчетов неравномерного движения, например, при расчете кривых свободной поверхности, сопряжении бьефов, необходимо знать критическую глубину hкр
. 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: Тип кривой а
I
, кривая подпора. Построение кривой свободной поверхности: 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 Вычисления удобно свести в таблицу: 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. 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: hмаг. канала
=2,06 м hсбр. канала
=1,37 м bмаг. канала
=5,1 м bсбр. канала
=5,48 м Вмаг. канала
=11,28 м bсбр. канала
=9,59 м Задаемся P=0,4 м, тогда Н= hмаг. канала
-Р=2,06–0,4=1,66 м. Проверка подтопления: Водослив считается подтопленным если I приближение: II приближение: Окончательно принимаем: Р=0,4 м., b=4,4 м., δ=3Н≈5 м. Если входная часть проектируется как щелевой водослив, то для предельных значений расходов Qmax
и Qmin
можно так подобрать размеры водослива, что бы равномерное движение в подводящем канале сохранялось бы при различных расходах в интервале Qmax
и Qmin
. Необходимо определить среднюю ширину щели по низу «bср
» при пропуске Q1
и Q2
через щель. Эти расходы определяют при нормальных глубинах: h01
=h0
max
-0,25 (h0
max
-h0
min
)=1,37–0,25 (1,37–0,84)=1,24 м h02
=h0min
+0,25 (h0max
-h0min
)=0,84+0,25 (1,37–0,84)=0,97 м Для щелевых водосливов коэффициент расхода m≈0,48, коэффициент сжатия σс
=0,95 Окончательная ширина щели по низу определяется по формуле: Коэффициент заложения откосов щели: 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: hб
=hсброного канала
Глубина колодца: Величина перепада: Критическая глубина: Глубина в сжатом сечении: Вторая сопряженная глубина: Длина колодца: Длина прыжка: Дальность полета струи: 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.
|