Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

5. Поперечные профили каналов на косогорах.

Формы живых сечений каналов.

а – трапецеидальная;

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

б – прямоугольная;

в -полигональная;

г – полукруглая;

д – параболическая;

е – ложбинообразная.

При необходимости

прокладки трассы канала на

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

косогорах в каждом

конкретном случае

принимают соответствующие

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertiseru

конструктивные решения,

экономичные и

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

обеспечивающие нормальную

работу сооружения

а – на пологом склоне в минимальной выемке;

б – в полувыемке-полунасыпке;

в – на крутом склоне с подпорной лицевой стенкой;

г – на скальном основании с подпорной стенкой.

К каналам замкнутого сечения относятся

https://www.youtube.com/watch?v=ytaboutru

различные трубопроводы и тоннели, в

которых поток воды не заполняет всего

сечения. Применяются стандартные профили

круглого, шатрового, овоидального и

лоткового сечения. Все трубопроводы одной

формы геометрически подобны между собой

и отличаются друг от друга только по

размеру. При расчете любого профиля

решаются те же три основные задачи, что и

для обычного открытого канала: определение

расхода, уклона и размеров сечения.

https://www.youtube.com/watch?v=ytdevru

Гидравлические расчеты тоннелей,

безнапорных водоводов и канализационных

труб производятся по тем же формулам, что и

расчет каналов. Основной расчетной

формулой являетcя уравнение Шези.

Безнапорное движение в круглых и

овоидальных трубах имеет некоторые

особенности: наибольший расход и

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

наибольшая скорость наблюдаются при

частичном наполнении тpy6, а не при полном.

Гидравлический расчет каналов замкнутого поперечного

сечения (круглой или иной формы) непосредственно по

основный формулам Шези является весьма трудоемким,

поэтому на практике пользуются вспомогательными

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafetyru

графиками или таблицами, составленными для отношений

А = Kn/К;

B = Wп/W,

wn/w;

Rn/R,

при различной степени наполнения канала А = hп/H, т.е. в

форме соответствующих функций от hп/H.

Здесь Кп – расходная характеристика при некоторой

глубине hπ, т.е. при частичном наполнении, а К –

расходная характеристика при глубине Н, т. е. при

максимальном наполнении, когда канал работает полным

сечением.

Аналогично

обозначают

скоростную

характеристику – Wп, площадь живого сечения – wп и

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

гидравлический радиус – Rn при глубине hп, a W, w и R

W =C R=V/ i.

Для каналов с геометрически подобными сечениями указанные зависимости Kп/K и Wn/W остаются

практически одинаковыми (не связаны с величиной каналов). На рис приведены кривые А=Kп/K и В=Wn/W

для труб круглого сечения.

Пользуясь этими кривыми, можно определить расходную характеристику Кп или скоростную

характеристику Wn при любой заданной глубине канала hп, если известна расходная характеристика К или

скоростная характеристика W при максимальном заполнении данного сечения. С учетом приведенных

Q=AK; V=BW.

9. КОЭФФИЦИЕНТЫ ШЕРОХОВАТОСТИ п КАНАЛОВ И ЕСТЕСТВЕННЫХ ВОДОТОКОВ

arrow

Расход воды в канале м3/с,

Коэффициенты шероховатости п оросительных каналов в земляном

русле

каналы

в связных и песчаных грунтах

в гравелисто-галечниковых

грунтах

Более 25

0,0200

0,0225

1 25

0,0225

0,0250

Менее 1

0,0250

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyrightru

0,0275

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

0,030

Каналы постоянной сети

периодического действия

Оросители

Примечания: 1. Для каналов водосборно-сбросной сети значение коэффициента шероховатости

повышается на 10% по сравнению со значением того же коэффициента для оросительных каналов и

округляется до ближайшего принятого в таблице значения.

2. Для каналов, выполняемых взрывным способом, значение коэффициента шероховатости

https://www.youtube.com/watch?v=upload

повышается на 10 20 % в зависимости от размеров принимаемой доработки сечений канала.

КОЭФФИЦИЕНТЫ ШЕРОХОВАТОСТИ КАНАЛОВ И

ЕСТЕСТВЕННЫХ ВОДОТОКОВ

Облицовка

Коэффициенты шероховатости п каналов с облицовкой

Бетонная хорошо отделанная

0,012 — 0,014

Бетонная грубая

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

0,015 — 0,017

Сборные железобетонные лотки

0,012 — 0,015

Покрытия из асфальтобитумных материалов

0,013 — 0,016

Одернованное русло

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

0,03 — 0,035

Характеристика поверхности ложа канала

Коэффициенты шероховатости п каналов в скале

Хорошо обработанная поверхность

0,02 0,025

Посредственно обработанная поерхость без выступов

0,03 0,035

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

То же, с выступами

0,04 0,045

КОЭФФИЦИЕНТЫ ШЕРОХОВАТОСТИ

КАНАЛОВ И ЕСТЕСТВЕННЫХ ВОДОТОКОВ

Характеристика русла

Коэффициенты

шероховатости п

естественных

водотоков

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

Естественное русло в благоприятных условиях (чистое, прямое, незасоренное, земляное, со свободным

течением)

0,025 — 0,033

То же, с камнями

0,03 — 0,04

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

Периодические потоки (большие и малые) при хорошем состоянии поверхности и формы ложа

0,033

Земляные русла сухих логов в относительно благоприятных условиях

0,04

Русло периодических водотоков, несущих во время паводка заметное количество наносов с

крупногалечниковым или покрытым растительностью ложем, периодические водотоки, сильно засоренные и

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

извилистые

0,05

Чистое извилистое ложе с небольшим числом промоин и отмелей

0,033 — 0,045

То же, но слегка заросшее и с камнями

0,035 — 0,05

Заросшие участки рек с очень медленным течением и глубокими промоинами

0,05 — 0,08

Заросшие участки рек болотного типа (заросли, кочки, во многих местах почти стоячая вода и пр.)

0,075 — 0,15

Поймы больших и средних рек, сравнительно разработанные, покрытые растительностью (трава, кустарники)

0,05

Значительно заросшие поймы со слабым течением и большими глубокими промоинами

0,08

То же, с неправильным косоструйным течением и большими заводями и др.

Поймы лесистые со значительными мертвыми пространствами, местными углублениями, озерами и др.

Глухие поймы, сплошные заросли (лесные, таежного типа)

0,133

• Для симметричного трапецеидального сечения площадь

• w=(b mh)h ,

c=b 2h 1 m 2 ,

• гидравлический радиус

b mh h

b 2h 1 m

w=bh , c=b 2h ,

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

b 2h

13. Основные типы задач при расчете каналов

При проектировании трапецеидальных каналов рассматривают три основных

типа задач.

Коэффициент откоса m обычно выбирается из условия устойчивости откосов

или их облицовки; коэффициент шероховатости и выбирается в зависимости

от характеристики поверхности русла.

Задача 1 типа. Определение расходов Q (скорости) при заданном уклоне i и

принятом поперечном сечении ω канала. Задача решается непосредственным

• Q= ωC

• Предварительно вычисляются величины

• w=(b mh)h,

1 m

c=b 2h

• R=

b mh h

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

c b 2h 1 m 2

• C= Ry или С=R1/6

Задача 2. Определение уклона дна ί при заданном расходе q и принятом

поперечном сечении ω канала. Необходимый уклон находим непосредственно

из формулы расхода

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

для чего находим C, R

Q= ωC

Задача 3. Определение элементов живого сечения b и h при заданном расходе Q и уклоне i

канала. Так как расчетное уравнение расхода одно, а требуется определить два неизвестных,

то задача неопределенная. Чтобы ее решить, необходимо задаться b или β = b/h

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

Возможны три варианта решения.

Задаемся значением b и определяем соответствующую ему и условиям задачи h. Задачу

решаем подбором: назначаем последовательно ряд глубин и вычисляем расходы до тех пор,

пока не получим требуемого расхода; соответствующая этому расходу глубина и будет

искомой.

Задачу можно решить графоаналитическим способом. Задаваясь, как и выше, рядом глубин,

получаем соответствующие им расходы, затем строим кривую зависимости Q = f(h).

Откладываем по оси абсцисс требуемый расход и, восстановив перпендикуляр до пересечения

График зависимости h=f(K) для определения глубины при нормальном расходе в деривационном канале

с кривой, находим точку А. Этой точке на оси ординат соответствует искомая глубина.

Можно задаться глубиной h и находить ширину канала по дну b. Задача решается так же, как и

предыдущая: или подбором, или графоаналитическим методом. Назначаем ряд значений b и

повторяем расчет канала до тех пор, пока расход не станет равен требуемому. Ширина b, при

которой расход равен требуемому, и есть искомая. Если задачу решаем графоаналитическим

методом, то по данным расчета строим кривую Q =f (b ), т.е., задаемся рядом значений b,

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

находим соответствующие им расходы и затем строим график, откладывая по оси требуемый

расход, но оси ординат определяем b.

Если даны β=b/h, Q, m, n и требуется найти b и h, то задача решается так же, как и

предыдущая. Задаемся рядом глубин h и находим соответствующие b, w, C, Q.

17. Допустимые скорости в каналах

Одной из задач гидравлического расчета каналов является определение максимальной

допускаемой скорости течения, называемой неразмывающей и минимальной

допускаемой скорости (незаиляющей).

Неразмывающая скорость – наибольшая скорость потока, при превышении которой

русло начинает размываться.

Незаиляющая скорость. Это – скорость, при которой из потока еще не выпадают

транспортируемые им взвешенные частицы. Частицы начинают выпадать из потока

(заиливать русло) при скорости потока v. Значение незаиляющей скорости не зависит

от материала ложа канала, а определяется характеристиками потока и взвешенных в

потоке наносов.

vmin < v < vмаx

18. Потери воды из каналов и меры борьбы с ними

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

1) на испарение в атмосферу,

2) на фильтрацию в грунт,

3) на фильтрацию через гидротехнические сооружения на каналах.

Наибольшими являются потери воды на фильтрацию в грунт ложа канала. В

оросительных каналах эти потери могут достигать 50-60 % полезного расхода воды. Такие

значительные потери роды удорожают строительство каналов из-за необходимости делать

их большего сечения (с целью доставки потребителю требуемого количества воды) и

значительно увеличивают эксплуатационные расходы по каналам, питающимся при помощи

насосных станций.

Существуют также эмпирические формулы, например, формулы А. Н. Костякова для

оросительных каналов. В них потери воды на 1 км длины канала а даются в процентах от

в среднепроницаемых грунтах

в тяжелых малопроницаемых грунтах

19. Особенности расчета русел рек

• В инженерной практике для упрощения расчетов естественное

поперечное сечение заменяют поперечным сечением пpавильной

формы, по площади равным естественному.

• Если естественное русло характеризуется относительно большой

шириной B>>А, то его сечение заменяют прямоугольным.

Смоченный периметр принимают равным ширине русла реки поверху

χ= В, поперечное ω=bh, а гидравлический радиус R=h. Тогда

формулы и расходной характеристики имеют вид

• Q=BCh 1, 5 , K=BCh1,5

• Если естественное русло приводят к параболическому очертанию,

• w=2/3Bh, c=B, R=2/3h

• то Q=0,545 BCh1.5 i ,

• K = 0,545 BCh1,5.

Исаев А.П., Сергеев Б.И. Дидур В.А. Гидравлика и гидромеханизация

сельскохозяйственных процессов. М.: Агропромиздат, 1990. – 400 с.

Энергоатомиздат, 1993. –448с.: ил.

Калицун В.Н. Гидравлика, водоснабжение, канализация. – М.: Стройиздат, 2000. –

397 с.

Гидравлический расчет канала при равномерном движении жидкости

Штеренлихт. Гидравлика: Учебник для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 2004. –640с.

Константинов Н.М. и др. Гидравлика, гидрология, гидрометрия: Учеб. Для вузов

в 2-х частях. Общие законы. М.: Высш. Шк., 1987.

Слободкин А.Я. М., Изд-во Лесная промышленность, 1968. – 256с.

Примеры расчетов по гидравлике. Учеб. пособие для вузов. Под. Ред. А.Д.

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

Альштуля. М., Стройиздат, 1976.- 255с.