Определение критической глубины

Белорусский государственный университет транспорта

 

Кафедра «Экология и рациональное использование водных ресурсов»

 

Расчётно-графическая работа

 

По дисциплине: «Гидравлика, гидрология и гидрометрия водотоков»

 

На тему: «Гидравлические расчёты неравномерного установившегося движения воды в открытых призматических руслах»

Вариант 27B

 

Выполнил:                                                                      Проверил:

студент гр. СП-22                                                           ассистент

Шадрухин Д. М.                                                             Новикова О.К.

 

 

Гомель 2010 г.

Содержание

Исходные данные…………………………………………………………………..3

1 Построение кривой свободной поверхности потока…..……………………… 4

1.1 Определение нормальной глубины наполнения h₀………………………..…4

1.2 Определение критической глубины………………………………………..…6

1.3 Установление формы свободной поверхности потока…………………..…..8

1.4 Определение гидравлического показателя руслаx………………………..…9

1.5 Определение величины j_ср……………………………………………………10

1.6 Определение координат кривой свободной поверхности потока по уравнению Б.А. Бахметева……………………………………………………….…11

Рисунок 5—Неравномерное дщвижение воды на перепаде…………………...13

2 Определение характера сопряжения падающей струи с нижним бьефом…. 14

3 Проектирование гасителя энергии в нижнем бьефе……………………….…17

3.1 Определение глубины колодца………………………………………………17

3.2Определяем длину водобойного колодца……………………………………18

Литература…………………………………………………………………………19

 

 

 

 

Неравномерное движение воды и сопряжение бьефов за перепадом

 

Обозначения, принятые в задании:  

Q – расчётный расход воды, м³/с;

b – ширина канала по дну, м;

i  – продольный уклон дна канала;

P – высота водослива и высота стенки перепада, м;

h_б– бытовая глубина, м.

 

Исходные данные представлены в таблице 1.

 

Таблица 1– Исходные данные

Q	b	i	P	hб	грунт
45,0	8	0,0009	5,5	2,50	Нормальная глина

 

 

Рисунок 1 – Расчётная схема неравномерного движения воды на перепаде

1 Построение кривой свободной поверхности потока

1.1 Определение нормальной глубины наполнения h₀

 

Глубину наполнения канала h₀ определим методом подбора. Находим модуль расхода К₀, которым должен характеризоваться рассчитываемый канал он рассчитывается по формуле

                                         , м³/с;                                           (1)

м³/с.

Составляем таблицу 2, в которой задаёмся рядом значений h и для каждого h вычисляем соответственно модуль расхода К.

Таблица 2 – Расчет модуля расхода

1	9	10,82	0,83	48,17	394,51
2	20	13,65	1,47	54	1306,80
3	33	16,48	2	57,43	2672,20
4	48	19,31	2,49	60	4550,42
h0=2,2	22,40	14,23	1,54	54,6	1517,75

Площадь поперечного сечения определяется по формуле

,  м²;                                                 (2)

где m – коэффициент заложения откоса, m=1,5 [2, с.85];

  h – глубина наполнения канала, м;

  b – ширина канала по дну, м.

 

Длина смоченного периметра определяется по формуле

                           , м;                                              (3)

Гидравлический радиус определяется по формуле

                                           , м;                                                      (4)

Определяем коэффициент Шези по формуле

                                       

, ;                                                (5)

где n – коэффициент шероховатости русла, n=0,02 [2, с.86];

  y – коэффициент, зависящий от шероховатости гидравлического радиуса русла, y =0,2.

Модуль расхода водослива определяется по формуле

                                 , ;                                 (6)

По данным таблицы 2 строим график h=f(K). График представлен на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 – График для определения нормальной глубины

По графику находим нормальную глубину h₀ = 2,2 м.

В таблице 2 проводим проверку правильности определения нормальной глубины

                                ∆= ;                                                  (7)

 

∆= .

Определение критической глубины

Определим коэффициент Кориолиса по формуле  Железнякова

                ,                         (8)

где g – ускорение силы тяжести;

C – коэффициент Шези;

  ω_k, B_k – площадь живого сечения и ширина по верху потока при критической глубине.

.

Определяем величину

 

м⁵.

Составляем таблицу 3, задавая значениями  h, вычисляем соответственно им величины .

 

 

Таблица 3 – Расчет значений

0,5	0,5	8,5	4,25	76,77	9	8,53
1	1	9	9	729	11	66,27
1,5	1,5	9,5	14,25	2893,64	12	241,14
2	2	10	20	8000	14	571,43
hк=1,52	1,52	9,14	15,6256	2924,85	11,5	254,33

По данным таблицы 3 строим график , по которому находим критическую глубину.

 

Рисунок 3 – График для определения критической глубины

По графику находим значение h_k=1,55м.

В таблице 3 проводим проверку правильности определения критической глубины

                                  ∆= ;                                    (9)

∆=