ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»
Кафедра портов, строительного производства, оснований и фундаментов.
Курсовая работа по гидравлике
«Гидравлический расчет неравномерного движения воды в каналах»
Выполнил: Михайлов В.В.
Группа КВ 4,5
Проверил: Кудрявцев А.В.
Санкт - Петербург
2012 год.
Вариант 12.
b, м |
m |
i1 |
i2 |
i3 |
i4 |
l1, м |
l2, м |
l3, м |
l4, м |
Q, м3/с |
характер облицовки |
14 |
1 |
0,029 |
-0,0007 |
0,008 |
0 |
350 |
300 |
300 |
250 |
48 |
бетон |
Исходные данные :
Поперечное сечение канала – прямоугольное;
Ширина по дну, b
Коэффицент заложения откоса m
Канал состоит из 4-х участков с уклонами i1,i2,i3,i4
Характер облицовки канала – земля;
В канал из водоема поступает вода с расходом Q;
Длины участков L1,L2,L3,L4,
hнач = 0.95*hкр= 1.04 м
hкон = 1.05*hкр= 1.15м
1.Определение критического уклона и нормальной и критической глубин в канале
Задача по определению нормальной глубины h0 из уравнения Шези решается обычно графоаналитическим методом путем построения графика k=f(h)
где
i0 – уклон дна;
ω – площадь сечения потока;
– коэффициент Шези;
R = ω/ – гидравлический радиус;
n – коэффициент шероховатости;
χ – смоченный периметр;
Предварительно определяется модуль расхода, соответствующий заданному расходу и уклону дня для данного участка канала:
Затем, задаваясь произвольными 5-6 значениями глубины h, последовательно вычисляются ω, χ, R, C и k. Полученные значении k обязательно должны быть как больше так и меньше ранее найденного значения kзад. Если значения k оказываются существенно отличными от kзад , следует изменить выбранные ранее значения глубин h таким образом, чтобы соответствующие им k не отличались от kзад более чем на ±(30-50)%. Вычисления удобно выполнять в табличной форме (табл.1)
Таблица 1
Участок №1 (kзад=281,87)
h |
χ |
ω |
R |
√R |
C |
K |
0,6 |
15,2 |
8,4 |
0,55 |
0,74 |
30,20 |
188,56 |
0,7 |
15,4 |
9,8 |
0,64 |
0,80 |
30,91 |
241,68 |
0,8 |
15,6 |
11,2 |
0,72 |
0,85 |
31,54 |
299,34 |
0,9 |
15,8 |
12,6 |
0,80 |
0,89 |
32,10 |
361,18 |
1 |
16 |
14 |
0,88 |
0,94 |
32,60 |
426,92 |
Таблица 2
Участок №2 (kзад= 1814,23)
h |
χ |
ω |
R |
√R |
C |
K |
2 |
18 |
28 |
1,56 |
1,25 |
35,88 |
1253,03 |
2,4 |
18,8 |
33,6 |
1,79 |
1,34 |
36,72 |
1649,45 |
2,8 |
19,6 |
39,2 |
2,00 |
1,41 |
37,42 |
2074,20 |
3,2 |
20,4 |
44,8 |
2,20 |
1,48 |
38,00 |
2523,03 |
3,6 |
21,2 |
50,4 |
2,38 |
1,54 |
38,51 |
2992,53 |
Таблица 3
Участок №3 (kзад= 536,66)
h |
χ |
ω |
R |
√R |
C |
K |
1 |
16 |
14 |
0,88 |
0,94 |
32,60 |
426,92 |
1,1 |
16,2 |
15,4 |
0,95 |
0,97 |
33,05 |
496,29 |
1,2 |
16,4 |
16,8 |
1,02 |
1,01 |
33,47 |
569,07 |
1,3 |
16,6 |
18,2 |
1,10 |
1,05 |
33,85 |
645,05 |
1,4 |
16,8 |
19,6 |
1,17 |
1,08 |
34,20 |
724,05 |
Рис.1
Рис.2
Рис.3
Значения ω, χ и ширины канала для прямоугольных русел определяются по формулам:
ω = b*h
χ = b+2h
B=b
По данным таблицы строятся графики (рис.1,2,3), на которых показана последовательность определения h0 для данного участка. Аналогичные вычисления и построения выполняются и для других участков канала, уклоны которых не равны нулю (при уклоне дна, равном 0, h0=∞).
Для русел прямоугольного сечения существует аналитическая зависимость для вычисления критической глубины:
(α≈1,0),
где q = Q/B – удельный расход.
Критический уклон iкр, при котором для данной формы русла и заданного расхода h0 = hкр, определяется по формуле:
χкр = b+2 hкр
Вкр = b
Результаты расчета сведены в таблицу 4
Таблица 4
χ кр |
Вкр |
ω кр |
Скр |
R кр |
I кр |
16,19 |
14,00 |
15,36 |
31,61 |
0,95 |
0,01 |
Для определения вида кривых свободной поверхности используется уравнения неравномерного движения:
где iтр – гидравлический уклон, или его модификация
В результате качественного анализа этих уравнений удается для всех типов русел устанавливать виды кривых свободной поверхности, встречающихся в практических расчетах. Вида кривой на данном участке определяется типом русла, соотношением глубин h0 и hкр и зоной течений (А, В или С). Для русел 1-го типа (i0 >0) существует 3 зоны, для русел 2 и 3 типа из-за отсутствия понятия нормальной глубины существует 2 зоны.
В расчетно-графическом задании указывается количество участков проектируемого канала, их длина и уклоны дна. Кроме того, задаются глубины в начале или конце некоторых участков.