 |
Определение критического уклона.
|
|
|
|
Критическим уклоном называется такой уклон, при котором заданный расход 
проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной 
, т.е. при соблюдении равенства:
Для определения критического уклона использую следующую формулу:
| (2.14) |
где: 
< 1
Сравню полученное значение 
с заданным 
и полученное значение 
с 
.
Т.к. 
и 
, то можно сделать вывод что поток находится в спокойном состоянии.
Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего профиля (поперечного профиля).
Гидравлически наивыгоднейшим профилем (ГНП) называется такой профиль, у которого при заданной площади поперечного сечения 
, уклоне 
, шероховатости и коэффициенте заложения откоса пропускная способность оказывается наибольшей.
Малые каналы дорожного и аэродромного водоотвода целесообразно проектировать с гидравлически наивыгоднейшим сечением.
Для трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего сечения относительная ширина 
определяется по формуле:
| (2.15) |
При заданной площади живого сечения и уклона расход , средняя скорость течения 
, гидравлический радиус 
будут наибольшими, а смоченный периметр 
наименьшим. Гидравлический радиус трапецеидального канала при этом равен 
, т.е. равен половине глубины канала.
Для определения гидравлически наивыгоднейшего сечения, т.е. 
и 
, воспользуюсь графоаналитическим способом.
Расчет
1) Задаю числовое значение произвольно выбранным глубинам, определяю числовые значения расходов. Для удобства расчет сведу в таблицу 2.4.
Таблица 2.4
| 
| 
| 
| 
| 
|
| 0,5 | 0,3 | 0,53 | 0,25 | 0,30 | |
| 0,6 | 0,5 | 1,92 | |||
| 1,5 | 0,9 | 4,73 | 0,75 | 37,2 | 3,51 |
| 1,7 | 1,02 | 6,06 | 0,85 | 38,4 | 6,98 |
| 1,2 | 8,4 | 10,8 |
2) Построю кривую 
. Масштаб для построения графика приму следующий: для оси глубин – 1:20, для оси 
в один 
вкладывается 1 
(рис. 2.6).
|
|
|
Рис. 2.6. График к определению .
3) На построенном графике видно, что при 
, 
.
4) Определю гидравлически наивыгоднейшею ширину, используя числовое значение относительной ширины:
Строим гидравлически наивыгоднейшее сечение. См.Приложение 1
Определение скорости течения в канале.
Средняя скорость по живому сечению в канале, 
, определяется из формулы:
где 
площадь живого сечения, в котором необходимо определить скорость.
Как правило, скорость необходимо знать, чтобы выяснить, является она размывающей или нет.
Определю скорость течения воды при нормальной глубине:
;
Определю скорость течения воды при критической глубине:
.
Для канала с шероховатостью поверхностей 0.025 допустимые скорости имеют следующие значения 4.2 – 6.2 .
Сравнивая полученные значения скоростей с допустимыми, можно сделать вывод о том, что в канале скорость воды размывающая. Нужно применять меры по укреплению русла.
Быстроток
При значительных расходах воды, больших уклонах и наличии воде твердых включений при благоприятных геологических условиях обеспечивающих устойчивое положение круто наклоненного лотка, наиболее целесообразны быстротоки.
Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном больше критического (
).
Рис. 2.8.
Гидравлический расчет быстротока сводится к расчету входной части 1, лотка быстротока (водоската) 2 и выходного участка 3 (рис. 2.8),
Поперечное сечение быстротока может отличаться от примыкающих к нему участков канала (подводящего и отводящего), и тогда устраивают переходные участки, пользуясь при их расчетах рекомендациями по расчету сужающихся и расширяющихся бурных потоков.
Входная часть быстротока в этом случае представляет собой участок сужения с прямолинейными в плане боковыми стенками, сопрягающий подводящий канал с водоскатом. Ширину лотка быстротока рекомендуют принимать меньше ширины подводящего и отводящего каналов, т.к. благодаря высокой скорости течения на водоскате поперечное сечение потока невелико. Иногда входную часть устраивают в виде лотка той же ширины и формы, что и лоток быстротока. Но в том, и в другом случае гидравлический расчет входной части можно выполнить как для незатопленного водослива с широким порогом.
|
|
|
Ширина лотка быстротока может быть задана или определена из условия поддержания необходимой глубины потока в концевой части подводящего канала, т.е. исходя из условия поддержания в подводящем канале равномерного движения.
Уклон для входного участка принимают равным уклону дна подводящего
канала. Глубина в конце входной части (на изломе) 
принимается равной
критической , а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате 
глубина на изломе дна равна (0,7 - 0,8) .
Если лоток быстротока уже, чем отводящий канал, то выходную часть устраивают в виде расширяющегося переходного участка. Характер растекания бурного потока может принимать различные формы. Достаточно равномерное распределение глубин в поперечных сечениях расширяющегося выходного участка с прямолинейными стенками может быть получено лишь при их отклонении меньше чем на 7° от оси потока.
Если ширина и глубина быстротока не ограничены и не определяются конструктивными соображениями, можно принимать гидравлически наивыгоднейшее сечение (2.1.4).
Расчет водоската заключается в определении на нем глубин и скоростей потока. Поэтому основная задача сводится к расчету и построению кривой свободной поверхности на быстротоке.
Скорость течения в лотке быстротока бывает высокой и требует применения соответствующего материала для его изготовления. Чаще всего это бетон. Из технико-экономических соображений бетонные быстротоки устраивают прямоугольного сечения (
).
При высоких скоростях течения на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха, и в результате этого образуется водно-воздушная смесь. Это явление (аэрация) приводит к увеличению глубин, что необходимо учитывать в расчетах. Коэффициент шероховатости стенок и дна канала для аэрированного потока 
приближенно определяется по формуле
|
|
|
| (2.19) |
где 
коэффициент аэрации, зависит от значения уклона быстротока , определяется по таблице. 2.7.
| 1.33 | 1.33 - 2.00 | 2.00 - 3.33 |
|
| 0.1 - 0.2 | 0.2 - 0.4 | 0.4 - 0.6 |
|
|
|
