Грачёв
.docxФедеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Саяно-Шушенский филиал
институт
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №2
по Гидромеханике
предмет
Гидравлический расчет трапецеидального канала при неравномерном движении
тема
Вариант № 4.4
Преподаватель _________________ А.А.Андрияс
подпись, дата
Студент гр. ГЭ19-01Б _________________ Д.В.Грачев
подпись, дата
рп. Черёмушки, 2021
Цель: требуется определить тип кривой свободной поверхности на участке от ПК0 до ПКn при пропуске нормального расхода Q. Построить продольный профиль трапецеидального канала.
Состав расчёта: определить тип кривой свободной поверхности на участке канала отПК0 до ПКn при пропуске нормального расхода Q.
Построить продольный профиль трапецеидального канала с участком неравномерного движения в масштабах МГ 1:10; МВ 1:10000.
Исходные данные:
Таблица 1 – Исходные данные для выполнения расчётно-графического задания
Вариант |
Исходные данные |
||||||
Нормальная глубина |
Ширина канала по дну |
|
|
Уклон канала |
Глубина воды на ПК0, |
Номер пикетаПКn |
|
7 |
1,5 |
5,0 |
1,75 |
0,025 |
0,27 |
1,25* |
60 |
Расход воды в канале равен номеру варианта Q=7 м^3/с.
Критическую глубину канала hKP в трапецеидальном русле будем определять по методу И.И. Агроскина:
где, – коэффициент Кориолиса, связанный с неравномерностью распределения скоростей по сечению и принимаемый ; – ширина канала по дну м; – расчётный расход канала, ; – ускорение свободного падения, .
Далее определяется параметр :
где, – коэффициент откоса данного канала.
Далее, пользуясь справочной таблицей определяется значение функции составленной И.И. Агроскиным, и вычисляем искомую критическую глубину данного трапецеидального канала.
По таблице “Числовые значения функции для определения критической глубины трапецеидального канала” было выяснено, что при значении , .
Далее рассчитываем глубину трапецеидального канала:
Рассчитаем критический уклон:
Но для подсчёта критического уклона для начала необходимо узнать следующие величины:
В открытых призматических руслах при неравномерном движении, в зависимости от величины уклона дна и условий протекания потока в начале и в конце рассматриваемого участка, может образовываться ряд форм свободной поверхности потока.
На данном этапе определяем, какого типа будет кривая свободной поверхности. Чтобы это сделать, будет достаточно сравнить следующие величины: уклон канала и критический уклон канала , а также величины глубин: нормальной глубины , критической глубины и глубины воды на ПК0.
– нормальная глубина канала, ;
– критическая глубина канала, ;
– глубина канала на нулевом пикете, ;
При прямом уклоне дна i > 0
Первый случай
Если уклон дна русла i меньше критического уклона iKP (i < iKP), т.е. глубина равномерного движения потока h0 больше критической глубины hKP (h0 > hKP), существуют три вида кривых свободной поверхности: в зоне а – кивая подпора а1 в зоне b – кривая спада b1 в зоне с – кривая подпора – c1 (рисунок 1).
Рисунок 1 – Кривые свободной поверхности при h0>hкр
Исходя из анализа вышеприведённых данных делаем вывод, что у нас получается кривая подпора типа а1.
Метод Б.А. Бахметеева
Расстояние между сечениями с глубинами h1 и h2 для случая i > 0 определяется по формуле:
где l1-2 – расстояние между сечениями с глубинами h1 и h2, м;
h0 – глубина равномерного движения, м;
1, 2 – относительные глубины, м:
(1), (2) – функции Бахметева. Функции (1), (2) определяются по таблицам Приложения 3 в зависимости от значения относительной глубины i и гидравлического показателя русла X.
Гидравлический показатель русла определяется по зависимости:
где K1 и K2 – расходные характеристики для первого и второго створов на рассматриваемом участке канала, соответствующие глубинам h1 и h2.
Скоростной коэффициент j находится по формуле:
где – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скоростей по живому сечению потока;
С – коэффициент Шези, м0,5/с;
B – ширина канала по урезу воды, м;
χ – смоченный периметр, м.
Расчет кривой свободной поверхности методом Б.А. Бахметева удобно вести в табличной форме (таблица 2).
Расчётные формулы и параметры |
Глубины |
|||||||||||
h1 |
h2 |
h3 |
h4 |
h5 |
h6 |
h7 |
h8 |
h9 |
h10 |
h11 |
h12 |
|
|
1,8 |
1,9 |
2 |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
|
0,6 |
0,633 |
0,667 |
0,7 |
0,733 |
0,767 |
0,8 |
0,833 |
0,867 |
0,9 |
0,933 |
0,967 |
|
17,28 |
18,62 |
20 |
21,42 |
22,88 |
24,38 |
25,92 |
27,5 |
29,12 |
30,78 |
32,48 |
34,22 |
|
14,05 |
14,50 |
14,94 |
15,39 |
15,84 |
16,29 |
16,73 |
17,18 |
17,63 |
18,07 |
18,52 |
18,97 |
|
1,23 |
1,28 |
1,34 |
1,39 |
1,44 |
1,50 |
1,55 |
1,60 |
1,65 |
1,70 |
1,75 |
1,80 |
|
25,88 |
26,06 |
26,24 |
26,42 |
26,58 |
26,74 |
26,89 |
27,04 |
27,18 |
27,32 |
27,45 |
27,58 |
|
495,91 |
550,03 |
607,21 |
667,50 |
730,95 |
797,61 |
867,52 |
940,75 |
1017,34 |
1097,33 |
1180,80 |
1267,77 |
|
1,916 |
1,928 |
1,940 |
1,952 |
1,963 |
1,974 |
1,985 |
1,996 |
2,006 |
2,016 |
2,025 |
|
|
13,2 |
13,6 |
14 |
14,4 |
14,8 |
15,2 |
15,6 |
16 |
16,4 |
16,8 |
17,2 |
17,6 |
|
0,181 |
0,188 |
0,195 |
0,202 |
0,209 |
0,216 |
0,223 |
0,230 |
0,237 |
0,244 |
0,251 |
|
|
0,693 |
0,741 |
0,81 |
0,867 |
0,928 |
1,02 |
1,098 |
1,178 |
1,333 |
1,472 |
1,681 |
2,092 |
|
209,782 |
172,426 |
188,714 |
178,252 |
118,123 |
138,943 |
130,370 |
-24,600 |
-0,956 |
-157,963 |
-599,224 |
|
Таблица 2 – Расчёт кривой свободной поверхности по методу Б.А. Бахметева