Равномерное безнапорное движение жидкости

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 25Следующая ⇒

При равномерном движении жидкости все живые сечения и глубины h одни и те же по длине потоки. Следовательно, гидравлический уклон и уклон дна водотока равны.

Гидравлическими расчетами определяются расходы (Q), скорости движения (v) и устанавливаются параметры каналов или лотков с площадью живого сечения ω, способные пропускать заданный расход.

Приведем порядок выполнения гидравлических расчетов мелиоративных каналов.

Расход воды в открытом водотоке (канале, реке, лотке) определяется по формуле

Q = ω · v (2.24)

Каналы рассчитываются при условии равномерного движения потока, поэтому среднюю скорость (v) находят по формуле Шези

где С – коэффициент Шези, зависящий от шероховатости русла (n) и гидравлического радиуса (R). Величину С можно определить по специальным таблицам или приближенно по зависимости

(2.25)

n – шероховатость русла (для каналов в земляном русле без растительности n = 0, 025; при закреплении русла одерновкой или посевом трав n = 0, 03...0, 035);

i – уклон дна канала.

Величину R находим по формуле

, (2.26)

где ω – площадь живого сечения, м²;

χ – смоченный периметр, м.

Исходя из простейших геометрических соотношений для трапецеидального сечения канала (рис. 2.5) получим

ω = (b + mh) h; (2.27)

(2.28)

Нахождение расхода воды Q, который пропустит канал при известных его параметрах h, m, i и n, рассматривается в гидравлике как прямая задача и не вызывает больших затруднений в расчетах.

В практике водохозяйственного строительства на основании гидрологических расчетов чаще устанавливается расход воды Q, который должен пропустить канал. При этом решается обратная задача. При известном Q и остальных параметрах канала требуется найти глубину воды в канале h или его ширину по дну b. Эта задача может быть решена графоаналитическим способом.

Задаваясь несколькими значениями h или b, можно построить графики связи расхода Q с глубиной воды в канале h и соответственно с шириной канала b, т.е. Q = f(h); Q = f(b).

По значениям h и Q строится график (рис. 2.6 а, б), по которым. графически можно определить при любом расходе глубину воды в канале или ширину по дну.

Рис. 2.5. Канал трапецеидального сечения:

B – ширина канала по дну; h – глубина наполнения кан

ала; m = a/H – коэффициент заложения откоса

Рис. 2.6. Графики к решению обратных задач по расчету канала

При гидравлических расчетах трубопроводов по заданному расходу воды подбирают его диаметр и находят потери напора на участке данной длины, используя зависимости (2.24), характерные для напорного режима движения жидкости. Такие расчеты выполняются при обосновании параметров систем орошения дождеванием, водоснабжения сельских населенных мест, мощности насосных станций и др.

Вытекание жидкости через отверстия и насадки.

Основная формула водослива

При истечении жидкости через отверстия в стенках сосудов или резервуаров поток теряет энергию только на преодоление местных сопротивлений в отверстии, которые определяются по формуле (2.26). Если толщина стенки в 3 и более раз больше его диаметра, то отверстие рассматривают как короткий трубопровод или насадок (всасывающие трубы насосов, сифоны, донные водоспуски в плотинах, напорные водоводы под насыпями дорог или с большим количеством колонок, задвижек, клапанов). В этом случае общие потери складываются из местных, определяемых по формуле (2.26) и на трение по длине (формула 2.25).

Если в боковой стенке или дне сосуда с жидкостью на глубине Н под уровнем имеется отверстие площадью ω, то через него под действием напора будет вытекать струя жидкости с расходом

Q = ,

(2.29)

где μ – коэффициент расхода, зависящий от формы отверстия (по опытным данным μ = 0, 60…0, 62).

Формула (2.32) справедлива и для гидравлического расчета насадок, но значения коэффициента расхода будут другие (например, для дефлекторных дождевальных насадок μ = 0, 80…0, 94, для струйных μ = 0, 94…0, 99).

Водосливом называется та часть преграждающего поток сооружения (плотины, пороги), через которую происходит перелив воды (рис. 2.7, 2.8).

Верхняя часть стенки–порог водослива. Часть водного потока перед водосливом называется верхним бьефом, а за ним – нижним бьефом(рис. 2.8 а). Высоту расположения уровня верхнего бьефа над порогом называют напором на водосливе Н.

Водосливы классифицируются по следующим признакам:

а) по форме выреза в стенке треугольные (рис. 2.7 а), трапецеидальные (рис. 2.7 б), прямоугольные и др.;

б) по типу стенки – с тонкой стенкой, при ее толщине δ < 2/3 Н (рис. 2.7 а, б), с широким порогомс δ > 2Н (рис. 2.8 а), к водосливам практического профиля (рис. 2.8, б).

в) по типу сопряжения струи с нижним бьефом – незатопленные, в которых уровень нижнего бьефа не влияе на расход и условия перелива через порог (рис. 2.8 б) и затопляемые (подтопляемые), в которых уровень нижнего бьефа влияет на расход и условия перелива (рис. 2.8 а);

г) по условиям подхода потока к порогу – без бокового сжатия (при ширине потока В равной ширине порога «в» и с боковым сжатием ( при В > в);

д) по расположению порога в плане – нормальные (при угле α = 90⁰ между порогом и направлением потока, косые (α < 90⁰), боковые (α = 0).

Расход воды через водослив Q можно определить по основной формуле водослива

, (2.30)

где m – коэффициент расхода водослива, зависящий от его классификации.

Например, для водосливов с тонкой стенкой, практического профиля и с широким порогом коэффициент m соответственно равен 0, 42; 0, 5 и 0, 32…0, 38.

Водосливы входят как составные части в различные гидротехнические сооружения типа как водосбросы плотин, входные оголовки противоэрозионных сопрягающих сооружений, сооружения на осушительных и оросительных системах.

Рис. 2.7. Схемы устройств, применяемых в мелиоративной гидрометрии:

а – треугольный водослив; б – трапецеидальный водослив;

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒