- •1.Гидравлический расчет деривационного канала
- •Гидравлический расчет деривационного канала в условиях неравномерного движения.
- •2. Гидравлический расчет холостого сброса открытой деривации в виде быстротока.
- •2.1. Расчет входной части быстротока.
- •2.3. Расчет водоската быстротока.
- •2.3. Расчет аэрации потока на водоскате быстротока.
- •2.3. Устойчивость потока на быстротоке.
- •2.5. Расчет выходной части быстротока.
2.3. Расчет аэрации потока на водоскате быстротока.
При движении воды с большими скоростями ( при продольных уклонах водоската быстротока iв) происходит явление насыщения потока воздухом, называемой аэрацией. По мере увеличения степени аэрации потока растет его глубина, которая увеличивается в раза и более по сравнению с неаэрированным потоком.
Для того чтобы выполнить проверку быстротока на возможность возникновения явления аэрации, необходимо определить скорость течения в конечном сечении водоската по формуле:
, (2.15)
где hк – глубина потока в конечном сечении водоската.
Скорость начала аэрации vа следует определять по формуле Т. Г. Войнич – Сяноженцкого:
, (2.16)
где ;
n – коэффициент шероховатости поверхности водоската;
R – гидравлический радиус неаэрированного потока, определяемый величиной h0в .
Если , то поток будет аэрирован и его глубина в любом сечении при может быть определена по формуле М. Р. Разумовской:
. (2.17)
В случае аэрации потока в конечном сечении водоската следует выяснить возможность возникновения этого явления в вышерасположенных сечениях и при необходимости уточнить глубину насыщенного воздухом потока.
;
Т.к. условие выполняется, следовательно поток на водоскате аэрированный, следует уточнить глубину аэрации . Расчет сведен в таблицу 2. .
2.3. Устойчивость потока на быстротоке.
Критерий, определяющий условие потери устойчивости установившегося потока на быстротоке ( возможность возникновение катящихся волн), что более вероятно в условиях, когда движение близко к равномерному, можно принять согласно предложению Т.Г. Войнич-Сяноженцкого.
Волнообразование потока будет происходить при нарушении неравенства:
а) Для неаэрированного потока:
; (2.18)
б) Для аэрированного потока:
, (2.19)
где - формпараметр устойчивости течения
- гидравлический показатель русла при h=h0в;
v0 – средняя скорость течения;
h0в – нормальная глубина потока на быстротоке;
с0 – коэффициент Шези;
α0 – корректив количества движения;
ψ – угол наклона дна водоската быстротока к горизонту;
ω0 – площадь живого сечения потока при h=h0в .
Гидравлический показатель русла для прямоугольного поперечного сечения определяется по формуле:
. (2.20)
Для аэрированного потока все величины, входящие в неравенство (2.19) , следует вычислять для водовоздушного слоя. За глубину потока принимается глубина , которая определяется по формуле:
; (2.21)
; (2.22)
, (2.23)
Для аэрированого потока определяется по формуле
, (2.24)
где S – средняя концентрация воздуха в водовоздушном слое, равная:
, (2.25)
Корректив количество движения определяется для аэрированного потока по формуле:
, (2.26)
где k1= k2= æ=0,36 – коэффициент Кармана.
;
;
;
;
æ=0,36
k1 – ;
k2= ;
;
;
;
;
;
;
Т.к. нарушается неравенства (2.18) () , происходит волнообразование на быстротоке.
Удаление створа начала волнообразования lнв от сечения входа потока на быстроток может быть определено ориентировочно по зависимости:
. (2.27)
Амплитуда волн в месте их зарождения определяется по формуле:
, (2.28)
где - плотность воздуха; плотность воды.
Для аэрированных потоков отношение плотности воздуха и воды следует принять равным .
Длина участка, на котором происходит развитие катящихся волн до наибольшей ( предельной) амплитуды, может быть найдено по формуле:
, (2.29)
где - амплитуда максимальной ( предельной) волны.
Глубина потока в сечении водоската при прохождении через него гребня волны максимальной высоты ( при полном ее развитии) равна:
, (2.30)
где , (2.31)
Глубина потока при прохождении через данное сечение подошвы волны максимальной высоты:
, (2.32)
Максимальная высота волны: hпр= . Амплитуда этой волны: .
.
=0.0022 ;
;
,
м ;
м;
hпр= м;
м;
м;
Длина волны при полном ее развитии определяется в зависимости от ( рисунок 2. )
Амплитуда волн от места их зарождения до места обрушения определяется по зависимости:
, (2.33)
где l=0,5lпр – расстояние от створа начала образования волн до фиксированного сечения.
Абсолютная скорость перемещения предельно развитых волн определяется по формуле:
, (2.34)
м ;
;
Возникновение катящихся волн может быть исключено устройством продольных разделительных стен или применением безволновой формы поперечного сечения: параболической, треугольной, эллиптической и т.д.