Расчёт гидравлического прыжка

Явление скачкообразного перехода бурного потока с глубиной меньше критической в спокойное состояние с глубиной больше критической называется гидравлическим прыжком [16, 19].

Гидравлический прыжок появляется всегда, когда свободная поверхность жидкости пересекает линию критических глубин K–K с образованием поверхностного вальца. Сам валец представляет собой водоворотную область, которая характеризуется весьма беспорядочным движением. Верхняя поверхность вальца получается неровной, волнообразной. Валец обычно насыщен пузырьками воздуха и потому малопрозрачен.

Расчёт гидравлического прыжка сводится к определению его характеристик: – первой сопряжённой глубины, – второй сопряжённой глубины, – длины гидравлического прыжка (рис 2.11).

Рис. 12. Схема гидравлического прыжка

Существует несколько методов определения характеристик гидравлического прыжка [11, 16-19]. В данной курсовой работе студентам предлагается выполнить расчёт в следующей последовательности:

1. Определить сжатую глубину методом последовательного приближения:

, (26)

где – удельный расход, вычисляемый по формуле

; (27)

– коэффициент скорости, j = 0,9; – удельная энергия сечения, с которой поток приходит в отводящий канал.

В курсовой работе , т.е. удельной энергии сечения на конце быстротока, которую можно определить из уравнения:

, (28)

где – глубина на конце быстротока, определенная по кривой свободной поверхности при длине и принятая в п.2.3.5; – скорость на конце быстротока, определяемая по формуле

. (29)

Метод последовательных приближений для определения сжатой глубины выполняется в следующем порядке:

а) в первом приближении не учитывается в знаменателе. Тогда

; (30)

б) во втором приближении учитывается в знаменателе и согласно формуле (26):

;

в) если расхождение между величинами и составляет больше 5 %, то расчёт продолжаем; если расхождение составляет меньше 5 %, то принимаем за сжатую глубину последнее числовое значение .

2. Рекомендуется [11, 17] за первую сопряжённую глубину принять глубину равную сжатой:

. (31)

3. Определить вторую сопряжённую глубину по формуле:

. (32)

4. Сделать вывод о типе гидравлического прыжка:

если – гидравлический прыжок отогнанный;

если – гидравлический прыжок затоплен (подпёртый).

В случае отогнанного гидравлического прыжка для погашения энергии, с которой поток приходит с быстротока, необходимо в выходной части установить гаситель энергии.

Специальные устройства, сооружаемые с целью погашения энергии гидравлического прыжка, называются гасителями энергии.

В данной курсовой работе в качестве гасителя энергии рекомендуется водобойный колодец, в котором гашение энергии осуществляется за счёт перевода бурного потока в спокойный, путём затопления гидравлического прыжка.