Название реферата: Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений
Раздел: Геология, гидрология и геодезия
Скачано с сайта: www.refsru.com
Дата размещения: 21.10.2012
Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений
Содержание
Содержание . 2
Задание 3
1. Расчет магистрального канала . 5
1.1 Определение 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
Задание
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
1. Магистральный канал | |
Расход Qн м3/с |
7 |
Уклон дна канала i |
0,0004 |
Грунты |
Плотный лесс |
Условия содержания |
Среднее |
Глубина воды в конце канала |
1,2h0 |
2. Сбросной канал | |
Q |
Qmax |
β=b/h |
4 |
Уклон дна канала i |
0,0006 |
3. Водозаборный регулятор | |
Сопряжение при входе по типу |
Конусов |
Ширина одного пролета, м. |
3,0÷5,0 |
4. Перепад | |
Разность отметок дна верхнего и нижнего бьефов |
6 |
Число ступеней |
3 |
Схема гидротехнических сооружений
1. Расчет магистрального канала
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.
|
m =1,5
![]() | ![]() | ||
1.1
|
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.
1.3 Определение нормальных глубин для заданных расходов Qmin, Q, Qmax и построение кривой Q=f(h)
i=0,00015
Вычисления удобно свести в таблицу:
|
Q, м3/с | ||
0 |
0 | ||
0,5 |
1,0037 | ||
1 |
3,3392 | ||
1,5 |
6,9297 | ||
2 |
11,847 | ||
2,5 |
18,188 | ||
3 |
26,059 | ||
3,5 |
35,566 | ||
4 |
46,814 | ||
4,5 |
59,907 | ||
5 |
74,946 |
По графику можно определить нормальные глубины для заданных расходов.
1.4 Определение типа и построение кривой свободной поверхности
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:
– обычный канал.
Тип кривой аI, кривая подпора.
Построение кривой свободной поверхности:
![]() |
|
– относительные глубины
– средняя кинетичность потока
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 , φ(η1)=0,312 φ(η2)=0,301
Вычисления удобно свести в таблицу:
№ |
h1 |
h2 |
η1 |
η2 |
X |
|
φ(η1) |
φ(η2) |
l |
0 |
1,8 |
1,8 |
1,2 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,301 |
0,301 |
0 |
1 |
1,79 |
1,8 |
1,193 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,312 |
0,301 |
172,6 |
2 |
1,78 |
1,8 |
1,187 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,315 |
0,301 |
268,2 |
3 |
1,77 |
1,8 |
1,18 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,323 |
0,301 |
411,9 |
4 |
1,76 |
1,8 |
1,173 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,331 |
0,301 |
555,6 |
5 |
1,75 |
1,8 |
1,167 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,339 |
0,301 |
699,3 |
6 |
1,73 |
1,8 |
1,153 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,357 |
0,301 |
1006 |
7 |
1,7 |
1,8 |
1,133 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,389 |
0,301 |
1514 |
8 |
1,67 |
1,8 |
1,113 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,427 |
0,301 |
2080 |
9 |
1,65 |
1,8 |
1,1 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,456 |
0,301 |
2493 |
10 |
1,6 |
1,8 |
1,067 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,553 |
0,301 |
3760 |
11 |
1,55 |
1,8 |
1,033 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
0,732 |
0,301 |
5817 |
12 |
1,507 |
1,8 |
1,005 |
1,2 |
3,7 |
0,037 |
1,231 |
0,301 |
10909 |
2. Расчет сбросного канала
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.
3. Расчет водозаборного регулятора
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
– при прямоугольном очертании быков и береговых устоев.
Задаемся P=0,4 м, тогда Н= hмаг. канала-Р=2,06–0,4=1,66 м.
Проверка подтопления:
Водослив считается подтопленным если , следовательно водослив не подтоплен
I приближение:
II приближение:
Окончательно принимаем: Р=0,4 м., b=4,4 м., δ=3Н≈5 м.
4. Расчет многоступенчатого перепада
4.1 Расчет входной части (щелевой водослив)
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=h0max-0,25 (h0max-h0min)=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:δ=(0,5÷2) Н=2 м.
4.2 Расчет ступеней
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:
Литература
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.
4. Методические указания к курсовой работе «Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений» по курсу «Гидравлика» для студентов дневного обучения специальности 1203 – «Гидротехническое строительство речных сооружений и ГЭС». И.П. Вопнярский, Н.Е. Бонч-Осмоловская. Минск 1984.