Расходные характеристики труб, гидравлический расчет каналов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 18 вар 9

Определить отметку воды в баке водонапорной башни и построить пьезометрическую линию по магистрали 1 - 2 - 3 - 4 при q' = 0,5 л/с. Произвести расчёт ответвлений.

l1 - 2 = 462 м, l2 - 3 = 352 м, l3 - 4 = 528 м, l2 - 5 = 198 м, l3 - 6 = 264 м, q4=10,45 л/с, q5=3,3 л/с, q6=19,8 л/с,

Решение:

Расчётный расход участка сети равняется сумме расходов, забираемых из сети ниже по течению. Расчёт начинаем с конца магистрали

Q4-3 = q4 =10,45 л/с;

Q3-2 = q4+ q6=10,45+19,8=30,25 л/с;

Q2-1 = Q3-2 +q5+ l2-5 •q'=30,25+3,3+198•0,5=132,55 л/с;

По расходам на участках из [2] таблица VIII определяем диаметры труб.

Скорость воды на участке определяем по формуле

.

По [2] таблица VI определяем поправки И2 в зависимости от скорости v.

По [2] таблица V определяем значения расходных характеристик К для нормальных труб (величину ).

Потери напора Н определяем по формуле:

.

Расчёт сводим в таблицу 1.

Отметка пьезометрической линии в точке 4:

Таблица 1.

Точки	Участки магистрали	l, км	Q, л/с	d, мм	щ, дм2	v, м/с	И2		Н, м	Отметки пьезометрической линии, м
4										295,6
	4 - 3	0,528	10,45	125	1,23	0,85	1,06	0,10543	6,44
3										302,04
	3 - 2	0,325	30,25	200	3,14	0,96	1,03	0,00861	2,64
2										304,68
	2 - 1	0,462	132,55	400	12,57	1,05	1,03	0,218•10-3	1,82
1										306,50

Отметка воды в баке:

Производим расчёт ответвлений 2 - 5 и 3 - 6.

Отметка трубы в точке 5:

Отметка трубы в точке 6:

Расчётный расход для ветви 2 - 5: Q2-5 = q5+ 0,5•l2-5 •q'=3,3+0,5•198•0,5=52,8 л/с;

По гидравлическому уклону ветви и заданному расчётному расходу Q вычисляем расходную характеристику и, пользуясь [2] таблица V, определяем диаметр d, соответствующий ближайшему большему значению К.

Расчёт сводим в таблицу 2.

Таблица 2.

Ветви	l, м	Q, л/с	Отметки пьезометрической линии, м	Н, м			К, л/с	d, мм	щ, дм2	v, м/с
			начала	конца
3 - 6	264	19,8	302,04	293	9,04	0,0342	0,185	107,0	150	1,77	1,11
2 - 5	198	52,8	304,68	294	10,68	0,0539	0,232	227,6	200	3,14	1,68

Задача 22. вар.9

Определить глубину трапецеидального канала, который пропускает расход Q = 1,0 м3/с, ширина по дну b = 0,6 м. Уклон дна канала i = 0,0004 проверить из условия неразмыва русла канала. Грунт - гравий, условия содержания канала - затянут илистой плёнкой.

Решение.

По [2], табл.2 (категория IX) принимаем коэффициент шероховатости русла n=0,018.

По [2], табл. IX принимаем коэффициент откоса для гравелистых грунтов m=1,5.

Подбором по уравнению , задаваясь рядом значений h, определяем глубину канала.

Данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1.

h, м	м2	м	м	м0,5/с		м3/с
0,80	1,440	3,484	0,413	48,755	31,34	0,903
0,82	1,501	3,557	0,422	48,915	31,77	0,954
0,84	1,562	3,629	0,431	49,071	32,20	1,006
0,86	1,625	3,701	0,439	49,224	32,62	1,060
0,50	0,675	2,403	0,281	45,785	24,27	1,036

Принимаем h = 0,84 м.

Проверяем правильность расчёта по способу Н. Н. Агроскина.

Для m = 1,5: m0 = 2,106, (4m0)-1 = 0,119.

По [2], табл. X принимаем Rг.н. = 0,43 м. Тогда

По [2], табл. XI принимаем

Тогда глубина воды в канале:

.

Проверим уклон дна канала из условия неразмыва русла.

По [1], табл. 6 - 1, стр.256 для гравелистых грунтов максимально допустимая скорость Скорость течения воды в данном канале

Следовательно, при данном уклоне i = 0,0004 русло канала не будет размываться.

Задача 26. Вариант 9

Проектируется двухступенчатый перепад на сбросном канале для пропуска расхода Q=4,6 м3/с. Высота перепада Р=4,6 м с вертикальными стенками падения. Входная часть выполнена в виде водослива с широким порогом (Р0=0). Канал трапецеидального сечения с коэффициентом откоса m=1,5 имеет ширину bk=4,8 м и глубину h0 = 1,6 м при равномерном движении. Бытовая глубина в НБ hб=h0.

Рассчитать:

a) перепад и входную часть, исходя из условия сохранения в канале скорости v0 , т.е. в канале перед перепадом не должно быть ни подпора, ни спада.

b) глубину и длину водобойного колодца за перепадом исходя из условия сопряжения с отводящим каналом в форме надвинутого прыжка.

c) начертить план сооружения и разрез по оси с указанием всех размеров, определенных расчетом.

Решение:

1. Расчет входной части перепада.

Площадь живого сечения канала:

= (м2).

Скорость подхода к водосливу

(м/с).

Расход через неподтопленный водослив с широким порогом определяется формулой:

,

где полный напор на входе перепада

(м).

Коэффициент расхода при наличии бокового сжатия в случае неплавного входа:

,

b- ширина входной части перепада.

Задаваясь различными значениями b, подберем расход Q, соответствующий заданному Q=4,6 м3/с. Результаты подбора отразим в таблице 1.

Таблица 1

b, м		, м3/с
2,00	0,322	5,831
1,80	0,320	5,212
1,60	0,318	4,601
1,40	0,316	3,998

Принимаем ширину входной части перепада (м).

Длина водослива с широким порогом:

, или м, м.

Принимаем (м).

2. Расчет ступеней перепада.

При двух ступенях высота каждой из них будет:

м.

Расчет первой ступени.

Определим высоту водобойной стенки и длину ступени.

Удельная энергия струи, падающей на первую ступень:

(м).

В месте падения струи на ступень перепада сжатая глубина определяется из уравнения:

,

где - коэффициент скорости для перепада,

м2/с - удельный расход на перепаде.

Данное уравнение решим подбором, составив таблицу 2.

Таблица 2.

	0,350	0,360	0,370	0,367
	2,779	2,854	2,929	2,907

Принимаем (м).

Тогда вторая сопряженная глубина:

Спроектируем водобойную стенку на выходе первой ступени. Напор над стенкой (считаем стенку незатопленной, коэффициент расхода прямоугольной стенки ):

м.

Скорость подхода потока к стенке:

м/с.

Здесь - коэффициент запаса.

Геометрический напор над стенкой:

м.

Высота водобойной стенки:

м.

Принимаем м.

Определяем длину водобоя ступени (длину ступени без учета толщины стенки).

,

труба канал поток уклон перепад

где длина падения струи:

м,

длина прыжка:

м.

(м).

Принимаем (м).

Расчет второй ступени (проводится аналогично вышеизложенному).

Удельная энергия струи, падающей на вторую ступень:

м.

Таблица 3.

	0,320	0,330	0,335
	2,783	2,866	2,908

Принимаем м.

Вторая сопряженная глубина:



Так как , то сопряжение произойдет с отогнанным прыжком. Чтобы создать надвинутый прыжок, проектируем водобойный колодец.

3. Расчет водобойного колодца.

Глубина колодца в первом приближении:

м.

При наличии колодца удельная энергия увеличится и будет равна:

м.

Определяем глубины и способом, примененным в п.2 для значения .

Таблица 4.

	0,300	0,310	0,312
	2,794	2,885	2,903

Принимаем м.

Глубина колодца во втором приближении:

м.

Полученная глубина отличается от первоначальной на:

(допустимой погрешности).

Следующее приближение:

(м).

Таблица 5.

	0,300	0,310
	2,823	2,914

Глубина колодца во втором приближении:

м

Погрешность

.

Принимаем глубину водобойного колодца м.

Длина колодца:

Длина падения струи:

м.

Длина подпертого прыжка в колодце

м.

м.

Принимаем м.

Для определения укрепления перепада определим максимальную скорость струи (скорость в сжатом сечении):

м/с.

Этим скоростям соответствует бетонный перепад (допустимые скорости течения до 10 м/с). Дополнительного усиления конструкции не требуется.

Окончательно имеем:

Длина входной части: (м),

ширина входной части (м),

высота ступени: (м),

высота водобойной стенки: (м),

длина первой ступени: (м),

длина водобойного колодца: (м),

глубина колодца: (м).

Задача 30. Вариант 9

По лотку прямоугольного сечения шириной пропускают расход . Часть лотка необходимо запроектировать в виде бетонного быстротока при отметках верхнего бьефа и нижнего . В лотке перед быстротоком должна быть обеспечена глубина . Ширина быстротока на всем протяжении одинаковая и равна ширине лотка. Входная часть выполнена водосливом с широким порогом (уклон быстротока определить из условия допустимой скорости на водоскате ).

Выполняя расчет, необходимо определить:

· уклон, с которым необходимо выполнить водоскат и его длину;

· рассчитать кривую свободной поверхности на водоскате;

· рассчитать сопряжение с НБ;

· вычертить профиль сооружения.

Решение:

Скорость в лотке

,

.

Удельный расход



1. Расчет входной части.

Входную часть рассчитываем как водослив с широким порогом, прямоугольного сечения, без бокового сжатия, предварительно полагая ([2], табл.8-5), для низкого порога при ).

Напор перед водосливом

.

Без учета скорости подхода

.

Для сохранения глубины перед быстротоком принимаем высоту входного порога водослива

Так как , то уточним глубины:

примем для , тогда

Принимаем высоту порога входной части .

Длина входной части лотка: .

2. Расчет водоската.

Уклон быстротока определим, исходя из допустимой скорости на водоскате .

Следовательно, минимальная площадь живого сечения на водоскате

и глубина

Коэффициент Шези будем определять по формуле Маннинга:

Таблица 1.

0,270	3,440	0,227	45,935

Тогда максимально допустимый уклон определится из формулы:

.

Уклон

Длина водоската, исходя из разности отметок Н1 и Н2 и при :

Критическая глубина на водоскате:

Так как , то на водоскате будет формироваться кривая спада бурного потока.

Рассчитаем кривую свободной поверхности по способу Бахметьева.

Гидравлический показатель русла по формуле Р.Р.Чугаева ([1], стр. 298, формула 7-127):

Из уравнения

,

Где ,

определим длину участков кривой свободной поверхности на водоскате между глубинами от до . Расчет сводим в таблицу 2.

Таблица 2

h, м										м (по формуле)	Сумма [11] с накопле- нием, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0,92	3,41		0,044		4,74	0,56	53,451	39,064
0,80	2,96	-0,44	0,058	0,014	4,50	0,52	52,674	39,960	-38,5121	0,1225	0,12
0,70	2,59	-0,37	0,076	0,018	4,30	0,47	51,907	40,609	-39,2848	0,44	0,56
0,60	2,22	-0,37	0,106	0,030	4,10	0,42	50,993	41,104	-39,8569	1,07	1,63
0,50	1,85	-0,37	0,156	0,050	3,90	0,37	49,881	41,348	-40,2262	2,12	3,75
0,40	1,48	-0,37	0,263	0,107	3,70	0,31	48,483	41,175	-40,2615	5,09	8,84
0,35	1,30	-0,19	0,373	0,110	3,60	0,28	47,633	40,848	-40,0115	5,45	14,29
0,28	1,06	-0,24	0,838	0,465	3,47	0,24	46,313	40,061	-39,4546	23,41	37,20

Длина кривой спада (см. графу 12 таблицы 2) - длине лотка.

3. Расчет выходной части.

Глубина в конце водоската .

Сопряженная с глубина

Так как (глубина в отводящем канале), то сопряжение произойдет с отогнанным прыжком.

Чтобы создать надвинутый прыжок, проектируем водобойную стенку.

Полагаем, что водобойная стенка образует подтопленный водослив (высоту стенки предполагаем меньше и в НБ имеет место спокойный режим движения воды).

Скорость подхода потока к стенке:

.

Здесь - коэффициент запаса.

Высоту водобойной стенки для подтопленных водосливов определим по методике, изложенной в [1] стр.416-417 методом последовательных приближений:

Задаемся некоторым значением и вычисляем величины:

,

,

коэффициент подтопления примем ,

Тогда удельный расход

,

где для водобойной стенки. Вычисления сводим в таблицу 3.

Таблица 3.

0,93	2,799
0,96	2,710
0,97	2,680
0,98	2,651

Удельному расходу q = 2,69 м2/c соответствует высота стенки .

Выясним сопряжение потока за стенкой:

Сжатая глубина hc определится из уравнения

,

где для стенки, Составим таблицу 4.

Таблица 4.

	0,46	0,47	0,48
	2,629	2,679	2,728

Принимаем ,тогда

- уровня воды в НБ.

Следовательно, после стенки прыжок надвинут и дальнейшего гашения потока не требуется.

Расстояние от конца водоската до стенки примем равным длине подпертого прыжка:

Литература

Р.Р.Чугаев. «Гидравлика». Ленинград, Энергоиздат. 1982.

А.В.Андреевская и др. «Задачник по гидравлике». М. 1970.

Размещено на Allbest.ru