Неравномерное движение воды и сопряжение рельефов за перепадом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Неравномерное движение воды и сопряжение рельефов за перепадом

В канале трапецеидального поперечного сечения устроен перепад. В конце канала на стенке перепада устанавливается критическая глубина hк.

Расчётная схема неравномерного движения воды на перепаде

Обозначения, принятые в задании:

Q - расчётный расход воды, м3/с;

i - продольный уклон дна канала, ‰;

n - коэффициент шероховатости русла;

b - ширина канала по дну, м;

m - коэффициент заложения откоса;

hб - бытовая глубина, м;

P - высота водослива и высота стенки перепада, м;

Грунт - лёсс.

Дано:

Q=38.3 м3/с;

i=0,00035 ‰;

n=0,018;

b=10 м;

m=2;

hб=1,16 м;

Р=1,89 м.

1. Построение кривой свободной поверхности потока

1.1 Определение нормальной глубины наполнения h0

Находим модуль расхода К0, которым должен характеризоваться рассчитываемый канал,

м3 /c. (1.1)

Составляем таблицу 1.

Таблица 1 - Определение нормальной глубины

h, м	? ,м2	x, м	R, м	C,	K,
1	12	14,47	0,83	53,5	584,89
2	28	18,94	1,45	59,84	2017,59
3	48	23,42	2,05	64,13	4407,37
4	64	27,89	2,29	65,57	9609,94
2,01	28,18	18,99	1,48	60,09	2060,03

Площадь поперечного сечения для данного русла определяется по

формуле

, (1.2)

где - ширина канала по дну, м;

- коэффициент заложения откоса,

Длина смоченного периметра X определяем по формуле

, м (1.3)

м

Гидравлический радиус определяем по формуле

, м (1.4)

, м

Коэффициент Шези определяем по формуле

, (1.5)

,

где - коэффициент шероховатости русла,

- коэффициент, зависящий от шероховатости и гидравлического радиуса русла .

Модуль расхода водослива:

, (1.6)

,

Строим график К=f(h)

h0=2,01 м;

K0'=2060,03 м3/с.

Проверка модуля расхода

Принимаем h0=2,01 м.

1.2 Определение критической глубины hк

Критическую глубину определяем из уравнения критического состояния потока

(1.7)

где ? - коэффициент Кориолиса, который при турбулентном движении может быть определён по формуле

где g - ускорение силы тяжести, м/с2;

?к, Вк - площадь живого сечения и ширина по верху потока при критической глубине, м;

С - коэффициент Шези,

 (1.8)

Результаты заносим в таблицу 2.

Таблица 2 - Определение критической глубины

h, м	m?h, м	b+m?h,м	?, м2	?3, м6	В=b+2?m?h,м	, м5
0,5	1	11	5,5	166,375	12	13,86
1	2	12	12	1728	14	123,43
1,5	3	13	19,5	4714,875	16	294,68
2	4	14	28	21952	18	1219,56
1,12	2,24	12,24	13,71	2576,99	14,48	177,97

По данным таблицы 2 строим график =f(h), по которому находим критическую глубину.

hк=1,14 м.

Проверка контроля величины

Принимаем hk=1,12 м.

1.3 Установление формы свободной поверхности потока

Предварительно определим критический уклон

(1.9)

м; (1.10)

м; (1.11)

; (1.12)

(1.13)

‰. (1.14)

Т.к. h0>hк, i<iк, h0>h3>hк, т.е. то кривая свободной поверхности является кривой спада типа b1.

1.4 Определение гидравлического показателя русла х

Определим начальную и конечную глубины на данном участке потока

,

м,

, (1.15)

где - м,

м.

Вычисляем среднюю глубину на данном участке

, (1.16)

м.

Для средней глубины находим:

Площадь сечения

, (1.17)

м2.

Смоченный периметр

, (1.18)

м.

Гидравлический радиус

, (1.19)

м.

Коэффициент Шези

, (1.20)

.

Модуль расхода

, (1.21)

м3/с.

Найдём гидравлический показатель русла

, (1.22)

.

1.5 Определение величины jср

Данную величину рассчитываем по формуле

, (1.23)

где С, В, ? - соответственно коэффициенты Шези, ширина потока по верху и смоченый периметр, вычисленные по средней глубине, ,м.

Рассматриваемое русло разбиваем на несколько участков. Количество участков зависит от разности глубин в начале и в конце русла и определяется по формуле

(1.24)

где ?h - разница глубин в начале и в конце каждого участка; принимается равной

0,08…0,10 м для перепада и быстротока.

Все расчёты помещаем в таблицу 3.

Таблица 3 - Определение величины jср

и №	h, м	?, м2	x, м	R, м	С,	B, м	j
1	1,14	12,9	14,1	0,91	49,24	13,56	0,116
2	1,26	14,5	14,6	0,99	49,93	14,04	0,119
3	1,38	16,2	15,2	1,07	50,56	14,52	0,122
4	1,50	18	15,7	1,15	51,15	15	0,124
5	1,62	19,8	16,2	1,22	51,69	15,48	0,127
6	1,74	21,7	16,8	1,29	52,19	15,96	0,129
7	1,86	23,7	17,3	1,37	52,67	16,44	0,131
8	1,98	25,7	17,9	1,44	53,11	16,92	0,133
9	2,10	27,7	18,4	1,51	53,54	17,4	0,135
10	2,22	29,8	18,9	1,58	53,94	17,88	0,137

, (1.25)

По данным таблицы 3 строим график j=f(h).

1.6 Определение координат кривой свободной поверхности потока по уравнению Бахметева Б.А.

Длину кривой свободной поверхности потока на каждом участке определим из уравнения Бахметева Б.А.

. (1.26)

Все результаты расчёта сводим в таблицу.

1	1,26	1,2	0,115	0,56	0,581	582,04
	1,14			0,51	0,523
2	1,38	1,32	0,118	0,61	0,650	636,77
	1,26			0,56	0,581
3	1,50	1,44	0,121	0,67	0,719	635,58
	1,38			0,62	0,650
4	1,62	1,56	0,123	0,72	0,791	649,9
	1,50			0,67	0,719
5	1,74	1,68	0,126	0,78	0,889	836,63
	1,62			0,72	0,791
6	1,86	1,8	0,128	0,83	0,986	773,05
	1,74			0,78	0,889
7	1,98	1,92	0,130	0,88	1,111	911,86
	1,86			0,83	0,986
8	2,10	2,04	0,132	0,938	1,335	1449,97
	1,98			0,88	1,111
9	2,22	2,16	0,134	0,991	1,948	3049,25
	2,10			0,938	1,335

Средняя глубина каждого участка

,

м.

jср находим по графику j=f(h).

Относительные глубины

, (1.27)

,

,

вода поток глубина гидравлический

.

Из справочника Киселёва выбираем функции Бахметева Б.A.(?).

Находим длину каждого участка li

м.

Находим суммарную длину кривой свободной поверхности потока на всех участках

,

м

2. Определение характера падающей струи с нижним бьефом

Определим удельный расход воды

, (2.1)

где -

,м.

м2/с.

Определим критическую глубину в нижнем бьефе

, (2.2)

м.

Вычислим сжатую глубину hc из уравнения

, (2.3)

где ?с - коэффициент скорости, ?с=0,8.

(2.4)

м3.

Уравнение примет вид:

(2.5)

Уравнение решаем методом подбора в форме таблицы, принимаем

Таблица 5

0,1	0,01	66	66,1
0,3	0,09	7,33	7,63
0,5	0,25	2,64	3,14
0,7	0,49	1,35	2,05
0,9	0,81	0,81	1,71

Определим полный напор перед гидротехническим сооружением

, (2.6)

где - ,

- скорость подхода воды к сооружению

Подставляя значения получим:

м

Найдём вторую глубину прыжка

, (2.7)

м.

Сравним hc' с hб. Получили, что hc' > hб, т. е. 1,88>1,31.

Следовательно, прыжок отогнанный и нужно строить водобойный колодец.

Размещено на Allbest.ru