Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений
Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений
2
9
Кафедра «Гидравлика»
Курсовая работа
«Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений»
Минск 2009
Содержание
- Содержание 2
- Задание 3
- 1. Расчет магистрального канала 5
- 1.1 Определение размеров поперечного сечения 5
- 1.2 Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего сечения 9
- 1.3 Определение нормальных глубин для заданных расходов Qmin, Q, Qmax и построение кривой Q=f(h) 9
- 1.4 Определение типа и построение кривой свободной поверхности 11
- 2. Расчет сбросного канала 14
- 3. Расчет водозаборного регулятора 16
- 4. Расчет многоступенчатого перепада 18
- 4.1 Расчет входной части (щелевой водослив) 18
- 4.2 Расчет ступеней 20
- Литература 23
Задание
Магистральный канал подает воду на орошение и обводнение подкомандной ему территории. От магистрального канала отходит сбросной канал, в головной части которого устраивается регулятор. На сбросном канале предусматривается сооружение многоступенчатого перепада.
Требуется выполнить гидравлические расчеты следующих гидротехнических сооружений.
Расчет магистрального канала
Определение размеров канала из условия его неразмываемости (Qmax=1,8Q) и незаиляемости (Qmin=0,75Q).
Определение нормальных глубин для заданных расходов Qmax, Qmin, Qн и построение кривой Q=f(h).
Определение типа и построение кривой свободной поверхности.
Расчет сбросного канала
Определение размеров трапециидального сбросного канала при заданном ?=b/h
Расчет водозаборного регулятора
Определение рабочей ширины регулятора при глубинах равномерного движения в магистральном и сбросном каналах при пропуске максимального расхода.
Расчет многоступенчатого перепада
Расчет входной части
Расчет ступеней
Расчет выходной части
1. Магистральный канал
|
|
Расход Qн м3/с
|
7
|
|
Уклон дна канала i
|
0,0004
|
|
Грунты
|
Плотный лесс
|
|
Условия содержания
|
Среднее
|
|
Глубина воды в конце канала
|
1,2h0
|
|
2. Сбросной канал
|
|
Q
|
Qmax
|
|
?=b/h
|
4
|
|
Уклон дна канала i
|
0,0006
|
|
3. Водозаборный регулятор
|
|
Сопряжение при входе по типу
|
Конусов
|
|
Ширина одного пролета, м.
|
3,0?5,0
|
|
4. Перепад
|
|
Разность отметок дна верхнего и нижнего бьефов
|
6
|
|
Число ступеней
|
3
|
|
|
Схема гидротехнических сооружений
1. Расчет магистрального канала
Равномерное движение жидкости, т.е. движение, при котором средние скорости v, площади живых сечений ? и глубины h по длине потока остаются неизменными, наблюдается в искусственных призматических руслах (каналах), имеющих большую протяженность.
Основная расчетная формула для равномерного движения жидкости - формула Шези:
C - коэффициент Шези:
n - коэффициент шероховатости. Для плотного лесса n = 0,02
Наиболее распространенной формой сечения канала является трапецеидальная.
m =1,5
1.1 Определение размеров поперечного сечения
Определение размеров поперечного сечения сводится к определению ширины по дну и глубины наполнения по заданным параметрам (расход Q, уклон i, коэффициенты шероховатости n и заложения откосов m). При расчетах используется рациональное соотношение ? между шириной канала по дну и глубиной наполнения.
Решив это уравнение найдем:
h=1,25 м b=3,38h=4,23 м.
Решив это уравнение найдем:
h=1,72 м ?=1,5h2+4,23h=11,68м2.
Изменяем уклон дна, для этого в начале канала сделаем одноступенчатый перепад.
i=0,00015
Решив это уравнение найдем:
h=1,5 м b=3,38h=5,1 м.
Решив это уравнение найдем:
h=2,06 м ?=1,5h2+5,1h=16,81м2.
Решив это уравнение найдем:
h=1,29 м ?=1,5h2+5,1h=9,04 м2 R=0,93 м.
1.2 Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего сечения
Гидравлически наивыгоднейшее сечение - такое, у которого при заданных ?, i расход Q оказывается максимальным.
Решив это уравнение найдем:
h=3,01 м b=0,61h=1,84 м.
1.3 Определение нормальных глубин для заданных расходов Qmin, Q, Qmax и построение кривой Q=f(h)
i=0,00015
Вычисления удобно свести в таблицу:
h, м
|
Q, м3/с
|
|
0
|
0
|
|
0,5
|
1,0037
|
|
1
|
3,3392
|
|
1,5
|
6,9297
|
|
2
|
11,847
|
|
2,5
|
18,188
|
|
3
|
26,059
|
|
3,5
|
35,566
|
|
4
|
46,814
|
|
4,5
|
59,907
|
|
5
|
74,946
|
|
|
По графику можно определить нормальные глубины для заданных расходов.
1.4 Определение типа и построение кривой свободной поверхности
При проведении гидравлических расчетов неравномерного движения, например, при расчете кривых свободной поверхности, сопряжении бьефов, необходимо знать критическую глубину hкр. Критическая глубина соответствует минимуму удельной энергии сечения и в общем случае определяется из уравнения:
? ?1
Решив это уравнение найдем:
Критический уклон найдем по формуле:
- обычный канал.
Тип кривой аI, кривая подпора.
Построение кривой свободной поверхности:
- относительные глубины - средняя кинетичность потока
?(?) - определяется в зависимости от гидравлического показателя русла X и относительной глубины.
Определение:
h1=1,5 м h2=2,06 м С1=50,4 C2=52,3 B1=9,57 м B2=11,25 м ?1=10,5 м ?2=12,5 м
Гидравлический показатель русла:
Задаемся: h1=1,79 м h2=1,2 h0=1,8 м, тогда , ?(?1)=0,312 ?(?2)=0,301
Вычисления удобно свести в таблицу:
№
|
h1
|
h2
|
?1
|
?2
|
X
|
|
?(?1)
|
?(?2)
|
l
|
|
0
|
1,8
|
1,8
|
1,2
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,301
|
0,301
|
0
|
|
1
|
1,79
|
1,8
|
1,193
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,312
|
0,301
|
172,6
|
|
2
|
1,78
|
1,8
|
1,187
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,315
|
0,301
|
268,2
|
|
3
|
1,77
|
1,8
|
1,18
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,323
|
0,301
|
411,9
|
|
4
|
1,76
|
1,8
|
1,173
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,331
|
0,301
|
555,6
|
|
5
|
1,75
|
1,8
|
1,167
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,339
|
0,301
|
699,3
|
|
6
|
1,73
|
1,8
|
1,153
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,357
|
0,301
|
1006
|
|
7
|
1,7
|
1,8
|
1,133
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,389
|
0,301
|
1514
|
|
8
|
1,67
|
1,8
|
1,113
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,427
|
0,301
|
2080
|
|
9
|
1,65
|
1,8
|
1,1
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,456
|
0,301
|
2493
|
|
10
|
1,6
|
1,8
|
1,067
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,553
|
0,301
|
3760
|
|
11
|
1,55
|
1,8
|
1,033
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
0,732
|
0,301
|
5817
|
|
12
|
1,507
|
1,8
|
1,005
|
1,2
|
3,7
|
0,037
|
1,231
|
0,301
|
10909
|
|
|
2. Расчет сбросного канала
Решив это уравнение найдем:
h=1,37 м b=4h=5,48 м ?=5,5h2=10,32 м2.
Так как скорость в канале больше размывающей, то необходимо сделать «одежду» для канала, т.е. выполнить укрепление дна и откосов. В качестве «одежды» примем гравийно-галечную обсыпку. При этом коэффициент шероховатости n=0,02 т.е. остается таким же как и до обсыпки, следовательно, скорость течения и глубина воды в канале не изменятся.
Решив это уравнение найдем:
h=0,84 м ?=1,5h2+5,48h=5,66м2 R=0,67 м.
3. Расчет водозаборного регулятора
В качестве водозаборного регулятора используется водослив с широким порогом. Сопряжение водослива с широким порогом осуществляется по типу конусов. Высота водослива со стороны верхнего бьефа P назначается конструктивно в пределах P=0,25?1 м, а толщина ?=(3?5) H.
Коэффициент расхода m определяется в зависимости от вида сопряжения водослива с подводящим каналом и отношения P/H.
Расчет водослива с широким порогом заключается в определении его ширины, при которой перед сооружением сохраняется нормальная глубина.
Основное расчетное уравнение:
hмаг. канала=2,06 м hсбр. канала=1,37 м
bмаг. канала=5,1 м bсбр. канала=5,48 м
Вмаг. канала=11,28 м bсбр. канала=9,59 м
- при прямоугольном очертании быков и береговых устоев.
Задаемся P=0,4 м, тогда Н= hмаг. канала-Р=2,06-0,4=1,66 м.
Проверка подтопления:
Водослив считается подтопленным если , следовательно водослив не подтоплен
I приближение:
II приближение:
Окончательно принимаем: Р=0,4 м., b=4,4 м., ?=3Н?5 м.
4. Расчет многоступенчатого перепада
4.1 Расчет входной части (щелевой водослив)
Если входная часть проектируется как щелевой водослив, то для предельных значений расходов Qmax и Qmin можно так подобрать размеры водослива, что бы равномерное движение в подводящем канале сохранялось бы при различных расходах в интервале Qmax и Qmin.
Необходимо определить среднюю ширину щели по низу «bср» при пропуске Q1 и Q2 через щель. Эти расходы определяют при нормальных глубинах:
h01=h0max-0,25 (h0max-h0min)=1,37-0,25 (1,37-0,84)=1,24 м
h02=h0min+0,25 (h0max-h0min)=0,84+0,25 (1,37-0,84)=0,97 м
Для щелевых водосливов коэффициент расхода m?0,48, коэффициент сжатия ?с=0,95
Окончательная ширина щели по низу определяется по формуле:
Коэффициент заложения откосов щели: ?=(0,5?2) Н=2 м.
4.2 Расчет ступеней
Число ступеней - 3, ширина перепада b=5,5 м, удельный расход q=Q/b=12,6/5,5=2,3 м2/с.
Первая ступень.
Высота стенки падения Р1=2 м.
Высота водобойной стенки:
Геометрический напор перед водобойной стенкой:
Полный напор перед водобойной стенкой:
Критическая глубина:
Глубина в сжатом сечении:
Вторая сопряженная глубина:
Длина колодца:
Длина прыжка:
Полный напор на щелевом водосливе:
Дальность полета струи:
Вторая ступень.
Высота стенки падения Р2=2 м.
Высота водобойной стенки:
Геометрический напор перед водобойной стенкой:
Полный напор перед водобойной стенкой:
Критическая глубина:
Глубина в сжатом сечении:
Вторая сопряженная глубина:
Длина колодца:
Длина прыжка:
Дальность полета струи:
Третья ступень.
Высота стенки падения Р3=2,5 м.
Бытовая глубина: hб=hсброного канала
Глубина колодца:
Величина перепада:
Критическая глубина:
Глубина в сжатом сечении:
Вторая сопряженная глубина:
Длина колодца:
Длина прыжка:
Дальность полета струи:
Литература
Справочник по гидравлическим расчетам. Под ред. П.Г. Киселева. М.; Энергия, 1972.
Примеры гидравлических расчетов. Под ред. А.И. Богомолова. М.; Транспорт, 1977.
Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.; Энергоиздат, 1982.
Методические указания к курсовой работе «Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений» по курсу «Гидравлика» для студентов дневного обучения специальности 1203 - «Гидротехническое строительство речных сооружений и ГЭС». И.П. Вопнярский, Н.Е. Бонч-Осмоловская. Минск 1984.
|