Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений
2
9
Кафедра «Гидравлика»
Курсовая работа
«Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений»
Минск 2009
Содержание- 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
- 4.1 Расчет входной части (щелевой водослив) 18
- 4.2 Расчет ступеней 20
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 каналаРавномерное 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 = 0,02Наиболее распространенной формой сечения канала является трапецеидальная.m =1,51.1 Определение размеров поперечного сеченияОпределение 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=0,00015Вычисления 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 поверхностиПри 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 мГидравлический показатель русла:Задаемся: h1=1,79 м h2=1,2 h0=1,8 м, тогда , ?(?1)=0,312 ?(?2)=0,301Вычисления 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 |
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 регулятораВ 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 мbмаг. канала=5,1 м bсбр. канала=5,48 мВмаг. 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 перепада4.1 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 мh02=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=0,95Окончательная ширина щели по низу определяется по формуле:
Коэффициент заложения откосов щели: ?=(0,5?2) Н=2 м.
4.2 Расчет ступенейЧисло 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:
ЛитератураСправочник 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.