Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Курсовая работа

Кафедра ГГВ

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ВОДООТВОДНОГО СООРУЖЕНИЯ

Выполнил: студент гр. ВИВ-31

Еникеев Р.Ф,

Проверил: Высоцкий Л.И.

г. Саратов 2007

Введение

Исходными данными для гидравлического расчёта водоотводного сооружения является:

1) Продольный разрез сооружения;

2) Поперечное сечение сооружения с указанием его геометрических размеров;

3) Тип укрепления дна и стенок сооружения;

4) Расчётный расход потока Q , m?/cек.

Q m?/cек	b m	m	P	i1	i2	i3	n1	n2	n3
2,67	2,0	2,5	3,5	0.0019	0.0495	0.0080	0,017	0,013	0,020

Рис. 1.1

a - Продольный разрез сооружения

b - Поперечное сечение

1. Гидравлический расчёт дорожного водоотводного сооружения производится в следующей последовательности

1) Определяется нормальная глубина для каждого участка сооружения;

2) Находится критическая глубина;

3) Подсчитывается критический уклон на каждом участке сооружения;

4) Устанавливается тип кривой свободной поверхности на различных участках сооружения;

5) Производится построение кривых свободной поверхности на всех участках сооружения;

6) Определяется глубина в конце быстротока ;

7) В местах перехода потока из бурного состояния в спокойное с образованием гидравлического прыжка предусматривается гашение, энергии потока с помощью водобойных колодцев или водобойных стенок

1.1 Определение нормальной глубины способом подбора

Предварительно определяем нормальную расходную характеристику для данного участка: м³/сек

, где (1.1)

- расчётный расход потока м³/сек

- продольный уклон дна на данном участке водоотводного сооружения

Затем путем ряда попыток стараются найти такую глубину, при которой расходная характеристика вычисляется по формуле

 (1.2)

Была бы ровна

- площадь живого сечения потока, м²

- гидравлический радиус, м

- коэффициент шероховатости русла

y - 1/6

Для облегчения вычислений в случае трёхкратного неудачного задания нормальной глубины строят график зависимости от (рис.1). По этому графику находят глубину , соответствующую значению . Эта глубина является нормальной.

h,м

h₃

h₀

h₂

h₁

K₁ K₂ K₀ K₃ K, м³/с

Рис. 1.2

После определения таким образом следует произвести проверку. Для этого по найденной нормальной нужно вычислить расходную характеристику и сравнить её с . Если расхождение между этими величинами не превышает , то точность выполненных построений считается удовлетворительной. Процент расхождения вычисляется по формуле

(1.3)

1 участок

Методом подбора задается

Вычисляем площади живого сечения

S=(2.0+2.5*0.58)0.58 =2,001

Вычисляем смоченный периметр

Вычисляем гидравлический радиус

R=2,22/5,43= 0,39

Вычисляем

Определяется % расхождения

0,58	2,001	5,123	0,39	62,891	61,254	2,67

2 участок

Методом подбора задается

Вычисляем площади живого сечения

S=(2.0+2.5*0,2)*0,2=0,5

Вычисляем смоченный периметр

Вычисляем гидравлический радиус

R=0,50/3.08= 0,16

Вычисляем

Определяется % расхождения

0,2	0,5	3,08	0,16	11.45	12,00	4.56

3 участок

Методом подбора задается

Вычисляем площади живого сечения

S=(2.0+2.5*0,43)*0,43=1,32

Вычисляем смоченный периметр

Вычисляем гидравлический радиус

R=1,32/4,32= 0,31

Вычисляем

Определяется % расхождения

0,43	1,32	4,32	0,31	30.05	29.85	0.65

1.2 Определение критической глубины в канале трапецеидального сечения способом подбора

В канале трапецеидального поперечного сечения критическая глубина находится подбором на основании следующей формулы

, где (1.4)

- коэффициент кинетической энергии; ;

- расчетный расход поток;

- ускорение свободного падения;

- площадь живого сечения;

- ширина потока поверху при критической глубине.

Подбор ведется в следующей последовательности: вначале вычисляется левая часть зависимости (1.4). Затем задаются рядом глубин и подсчитывают соответствующие им значения и , сравнивая величину

с

Результаты вычислений сводятся в таблицу по приведенной ниже форме.

0,48	1,5	4,4	0,82

Для проверки правильности вычислений по найденной глубине следует подсчитать величину и найти процент расхождения её с параметром

Определяем критическую глубину

а) Находим

б) Задаем

в) Определяем

г) Делаем проверку

гидравлический расчёт дорожный водоотводный сооружение



1.3 Определение критического уклона

Критический уклон на каждом участке определяется по формуле:

, где (1.5)

- коэффициент кинетической энергии; ;

- ускорение свободного падения; ;

- смоченный периметр и ширина потока поверху при критической глубине; м

- скоростной множитель (коэффициент формулы Шези) при критической глубине,

1 участок

при м; при м.

2 участок

при м; при м.

3 участок

при м; при м.

1.4 Установление типа кривой свободной поверхности на каждом участке водоотводного сооружения

На основании сопротивления нормальной и критической глубин, а также продольного уклона дна и критического уклона определяется состояние потока на каждом участке водоотводного сооружения (спокойное, бурное или критическое). После этого устанавливается тип кривой свободной поверхности на различных участках сооружения.

Установление тип кривой

№	h0	hk	h0 ?hk	io%	ik %	i0?ik	Состояние потока	Тип кривой
1	0,58	0,48	h0 > hk	0,0019	0,004	io < ik	спокойное	cпада
2	0,2	0,48	h0 < hk	0,0495	0,003	io > ik	бурное	спада
3	0, 43	0,48	h0 < hk	0,003	0,008	io < ik	бурное	подпора

Так на II и III участках h₀ < h_k то, следовательно, водобойный колодец в данной работе не нужен.

2. Построение кривых свободной поверхности по способу В.И Чарномского

Этот способ может быть использован при построении кривых свободной поверхности как в призматических , так и непризматических руслах (то есть сужающихся или расширяющихся по длине потока). Для этого весь канал разбивается на участки относительно малой длины. Расчёт ведется от сечения с известной глубиной. Направление расчёта может быть как вверх по течению, так и вниз (в зависимости от расположения сечения с известной глубиной). Необходимо, чтобы сечение с индексом более высокого порядка m + 1 располагалось ниже по течению, а более низкого порядка m -- выше по течению (рис. 5).

Рисунок 6 -- Продольный профиль открытого русла при нормальном движении

m

h_m m + 1

h_{m + 1}

i₀ l i₀

0

t

m

m+1

Составим уравнение Д. Бернулли для сечения m - m и (m+1) - (m+1). За плоскость отсчёта примем плоскость 0 - 0, проходящую через точку дна и нижнем сечении:

I₀ l + h_m + ?V²_m / 2g = h_m+1 + ?V²_m / 2g + i_f l

Где i₀ -- продольный уклон дна;

l -- расстояние между сечениями m - m и (m+1) - (m+1)

h_m -- глубина потока в сечении m - m

h_mk -- глубина потока в сечении (m + 1) - (m + 1)

? -- коэффициент кинетической энергии

g -- ускорение свободного падения

V_m -- средняя скорость потока в сечении m - m

V_m+1 -- средняя скорость потока в сечении (m+1) - (m+1)

i_f -- уклон трения, который определяется на основании формулы Шези

i_f = V²/C²R

В этой формуле средняя скорость потока V, скоростной множитель С и гидравлический радиус R подсчитывается по средней глубине

H_ср = (h_m + h_m+1)/2

Как известно, h + ?V²/2g = Э - удельная энергия сечения . Следовательно

h + ?V²/2g = Э_m - удельная энергия сечения m;

h + ?V²_m+1/2g = Э_m+1 - удельная энергия сечения (m+1) - (m+1)

Тогда уравнение Д.Бернулли примет, следующий вид:

i₀l + Э_m = Э_m+1 + i_fl

откуда

l = Э_m+1 - Э_m/i₀ - i_f (6)

Формула (6) была предложена В.И. Чарномским. Она позволяет производить построение кривых свободной поверхности в открытых руслах.

Если известна глубина h_m , то, задаваясь глубиной h_m+1 можно найти расстояние l между сечениями с этими глубинами. Таким образом , последовательно задаваясь глубинами в конце канала. В этом случае задаются глубинами вверх по течению. Сумма всех величин i₁, i₂,…..,i_n должна быть равна длине канала.

Таблица 6 -- Построение кривых свободной поверхности (1 участок)

№	h	Э	Эm+1-Эm	hcp	if	i0-if	L
1	0,56	0,67036	0	0,56	0,002548	-0,0006	0
2	0,544	0,66375	-0,006611	0,552	0,002807	-0,0009	7,287063737
3	0,528	0,65820	-0,012162	0,544	0,0031	-0,0012	10,13263668
4	0,512	0,65386	-0,0165	0,536	0,003432	-0,0015	10,77011191
5	0,496	0,65092	-0,019444	0,528	0,003809	-0,0019	10,18743439
6	0,48	0,64958	-0,020783	0,52	0,004238	-0,0023	8,88998364
							47,26723036

I. Участок

№	Wср	Vср	X	R	C	V	W
1	1,904	1,4023	5,0128	0,3798	45,07962	1,402310924	1,904
2	1,86576	1,4311	4,96976	0,3754	44,99556	1,460740546	1,82784
3	1,82784	1,4607	4,92672	0,3710	44,91043	1,523138007	1,75296
4	1,79024	1,4914	4,88368	0,3666	44,82421	1,589891387	1,67936
5	1,75296	1,5231	4,84064	0,3621	44,73686	1,661439665	1,60704
6	1,716	1,5559	4,7976	0,3577	44,64834	1,73828125	1,536
							10,3072

?h =( h₀ - h_кр) /5 = 0.016;

i_f1 = V?_{cp /}/ C?_cp *; V_cp1 = Q/?; ?_cp1 = 2h_cp1 + b =; h_cp1 = 0.56

по такому же принципу рассчитываются значения и на других участках

L = Э_m-Э_{кр /} i₀-i_f = 47.26 m

Таблица 7 -- Построение кривых свободной поверхности (2 участок)

№	h	Э	Эm+1-Эm	hcp	if	i0-if	L
1	0,48	0,64958	0	0,48000	0,03116	0,0183	0,00000
2	0,428	0,65974	0,010156	0,45400	0,04521	0,0043	2,36789
3	0,376	0,70341	0,053827	0,42800	0,06806	0,0186	2,90047
4	0,324	0,80668	0,157096	0,40200	0,10734	0,0578	2,71604
5	0,272	1,02493	0,375344	0,37600	0,17997	0,1305	2,87686
6	0,22	1,49126	0,841676	0,35000	0,32837	0,2789	3,01815
							13,87940731

II. Участок

№	Wср	Vср	X	R	C	V	W
1	1,536	1,7383	4,5632	0,3366	16,97205	1,73828125	1,536
2	1,42329	1,8759	4,42436	0,3217	16,84945	2,032025328	1,31396
3	1,31396	2,0320	4,28552	0,3066	16,72043	2,415327833	1,10544
4	1,20801	2,2102	4,14668	0,2913	16,58418	2,93264795	0,91044
5	1,10544	2,4153	4,00784	0,2758	16,43973	3,662752414	0,72896
6	1,00625	2,6534	3,869	0,2601	16,28591	4,759358289	0,561

L = Э_m-Э_{кр /} i₀-i_f = 13.87 m

Таблица 8 -- Построение кривых свободной поверхности (3 участок)

№	h	Э	Эm+1-Эm	hcp	if	i0-if	L
1	0,48	0,64958	0	0,48000	0,00082	0,0072	0,00000
2	0,44	0,65505	0,005465	0,46000	0,00109	0,0079	0,69055
3	0,4	0,67784	0,02826	0,44000	0,00147	0,0075	3,75411
4	0,36	0,72708	0,077497	0,42000	0,00204	0,0070	11,14195
5	0,32	0,81836	0,168779	0,40000	0,00293	0,0061	27,78384
6	0,28	0,98003	0,330447	0,38000	0,00434	0,0047	70,94756
							114,3180058

III. Участок

№	Wср	Vср	X	R	C	V	W
1	1,536	1,7383	4,5824	0,3352	104,944	1,73828125	1,536
2	1,449	1,8427	4,4748	0,3238	104,3656	1,957478006	1,364
3	1,364	1,9575	4,3672	0,3123	103,7643	2,225	1,2
4	1,281	2,0843	4,2596	0,3007	103,138	2,557471264	1,044
5	1,2	2,2250	4,152	0,2890	102,4844	2,979910714	0,896
6	1,121	2,3818	4,0444	0,2772	101,8006	3,531746032	0,756

L = Э_m-Э_{кр /} i₀-i_f = 114.31 m

Определение глубины в конце быстротока

Быстротоком называется искусственное русло, продольный уклон которого значительно больше критического.

Длина быстротока L подсчитывается по формуле

L = vp2 + (p/i₀)², где p -- перепад, м (11)

L =

Литература

1. Высоцкий Л.И.,. Изюмов Ю.А, Поляков М.П. Гидравлический расчёт дорожных водопропускных и водоотводных сооружений. СГТУ, Саратов 1999.

2. Калякин А.М. Гидравлика ч.5: Открытые потоки. СГТУ, Саратов 2006

Размещено на Allbest.ru