РГЗ 1

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Саяно-Шушенский филиал

институт

ГГЭЭС

кафедра

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №1

по Гидромеханике

наименование дисциплины

Гидравлический расчет трапецеидального канала при равномерном движении

тема работы

Вариант-2.5

Преподаватель __________ А.А. Андрияс

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент ГЭ18-02Б ____ _____ ___________ А.В. Лейман

номер группы номер зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

рп. Черёмушки 2020

Исходные данные

Таблица 1-Исходные данные для расчета

Тип грунтов			Суглинок тяжелый
Диаметр фракций, мм	0,5…0,25	Содержание фракций, %		3
	0,25…0,1			12
	0,1…0,05			15
	0,05…0,02			30
	0,02…0,01			40
Мутность потока ρ, кг/м3			0,65
Уклон дна канала i, ‰			0,10
Коэффициент заложения откоса m			2,25

Ход расчета

Расчетный расход принимаем Q=25 м³/с.

Форсированный расход определяем по формуле:

Q_ф=K_ф·Q=1,12·25=28 м³/с

Минимальный расход Q_min принимаем не менее 40% от величины расчетного расхода.

Q_min=10 м³/с

Приняв относительную ширину канала β=3,2 и, задаваясь глубинами h по формулам определим С, R, χ и ω, а также расходную характеристику К. Полученные данные занесем в таблицу 2.

K₀

ɷ=h²·(β+m)

χ=h·(β+2· )

R

C₁ ·R^1/6

K=ɷ·C·

Таблица 2-Определение расходной характеристики канала

h, м	ω,м2	χ, м	R,м	C,м0,5/с	К,м3/с	К0,м3/с
0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	2500
0,20	0,22	1,62	0,13	35,77	2,86
0,50	1,36	4,06	0,34	41,68	32,89
0,80	3,49	6,50	0,54	45,07	115,17
1,00	5,45	8,12	0,67	46,78	208,82
1,20	7,85	9,75	0,80	48,22	339,56
1,50	12,26	12,19	1,01	50,05	615,67
1,60	13,95	13,00	1,07	50,59	731,29
1,80	17,66	14,62	1,21	51,60	1001,14
2,00	21,80	16,25	1,34	52,51	1325,91
2,20	26,38	17,87	1,48	53,35	1709,61
2,30	28,83	18,69	1,54	53,75	1924,76
2,40	31,39	19,50	1,61	54,13	2156,08
2,54	35,08	20,61	1,70	54,63	2500,10
2,50	34,06	20,31	1,68	54,50	2404,04

Для определение h и b воспользуемся графоаналитический способ. По данным таблицы 2 строим K=f(h) (рис. 1).

Рисунок 1-Зависимость расходной характеристики от глубины в трапецеидальном канале

По оси абсцисс графика откладываем К₀, восстанавливается перпендикуляр к кривой K=f(h). Пересечение кривой и перпендикуляра дает значение искомой глубины h₀.

h₀= 2,54 м

b=β·h₀=3,2·2,54 =8,1

С учетом стандартных значений, b =8 м.

Приняв стандартные значения ширины канала по дну, уточняем h₀. По формулам:

K₀

ɷ=h·(b+mh)

χ=b+2h )

R

C₁ ·R^1/6

K=ɷ·C·

При уточнении глубины канала используем графоаналитический способ. Расчет ведется в таблицы 3.

Таблицы 3-Уточнение расходной характеристики

h,м	b,м	ω,м2	χ,м	R,м	C,м0,5/с	K,м3/с	K0,м3/с	B,м
0,00	8	0	8	0	0	0	2500	8,00
0,20		1,69	8,98	0,19	37,85	27,74		8,90
0,50		4,56	10,46	0,44	43,54	131,19		10,25
0,80		7,84	11,94	0,66	46,61	296,15		11,60
1,00		10,25	12,92	0,79	48,10	439,11		12,50
1,20		12,84	13,91	0,92	49,34	608,66		13,40
1,40		15,61	14,89	1,05	50,39	805,31		14,30
1,50		17,06	15,39	1,11	50,87	914,00		14,75
1,58		18,18	15,76	1,15	51,21	1000,12		15,09
1,60		18,56	15,88	1,17	51,32	1029,71		15,20
1,80		21,69	16,86	1,29	52,14	1282,61		16,10
2,00		25,00	17,85	1,40	52,89	1564,82		17,00
2,20		28,49	18,83	1,51	53,57	1877,15		17,90
2,27		29,83	19,20	1,55	53,81	2000,53		18,23
2,30		30,30	19,33	1,57	53,89	2044,89		18,35
2,40		32,16	19,82	1,62	54,20	2220,48		18,80
2,41		32,35	19,87	1,63	54,23	2238,48		18,85
2,50		34,06	20,31	1,68	54,50	2404,04		19,25
2,55		35,05	20,56	1,70	54,65	2500,76		19,48
2,70		38,04	21,31	1,79	55,07	2799,58		20,16
2,80		40,04	21,79	1,84	55,34	3003,61		20,60

Ширина канала по верху определяем по формуле:

B=b+2mh

Для наглядности значение B заносим в таблицу 3.

По данным таблицы 3 стоим график K=f(h) при стандартном значении ширины канала по дну (рис.2).

Рисунок 2-Зависимость расходной характеристики от глубины в трапецеидальном канале

Используя построенный график K=f(h) определяем глубину h₀,h_max, h_min. Для этого найдем соответствующий расходные характеристики из выражения:

K _max=

K _min

h₀=2,55 м

h_max=2,70м

h_min=1,58 м

Найдем значение U, U_max , U_minпо следующим формулам.

ɷ=h₀·(в+m·h₀)=2,55 ·(8+2,25·2,55)=35,05 м²

ɷ_max=h_max·(в+m·h_max)= 2,70 ·(8+2,70·2,55)=38,04 м²

ɷ_min=h_min·(в+m·h_min)= 1,58 ·(8+2,70·1,58)=18,18

ʋ= =

ʋ_max= =

ʋ_min= =

Далее рассчитаем скорость заиления по следующим формулам:

ɷ=h₀·(b+m·h₀)=2,55 ·(8+2,25·2,55)=35,05 м² χ=b+2·h₀· 8+2·2,5· 20,56 м

R=

Канал рассчитываем так, что выполняется условие, при котором не происходит его размыв или заиление наносами:

ʋ_з< ʋ< ʋ_р

Минимальная незаиляющая скорость:

ʋ_з=

При определении средневзвешенной гидравлической крупности наносов используем таблицу 4.

Таблица 4 -Гидравлическая крупность наносов.

d,мм	0,5	0,25	0,10	0,05	0,02	0,01
W,мм/с	40,2	26,2	6,63	2,27	0,36	0,09

Полученный расчет занесем в таблицу 5.

Таблица 5

d,мм	W1, мм/с	W2 ,мм/с	Wi ,мм/с	Pi	Wi*Pi	, м/с	W0=W ,м/с
0,5…0,25	40,20	26,02	33,11	3,00	99,33	0,0041	0,0041
0,25…0,1	26,02	6,63	16,33	12,00	195,90
0,1…0,05	6,63	2,27	4,45	15,00	66,75
0,05…0,02	2,27	0,36	1,32	30,00	39,45
0,02…0,01	0,36	0,09	0,23	40,00	9,00

W₀=W т.к.0,004<W<0,008

ʋ_з

Максимально допустимую неразмывающую скорость принимаем для суглинка ʋ_р=0,8 м/с.

Условие ʋ_з< ʋ< ʋ_р выполняется.

Проанализировав полученные данные можно сделать вывод, что при нормальной глубине не происходит размыв или заиление. На минимальной глубине происходит заиление дна, а на максимальной глубине происходит размыв.

Для построения проектного сечения канала необходимо назначить превышения гребней дамб над форсированным уровнем воды из таблицы 6.

Таблица 6- Превышение гребня над форсированным уровнем воды

Q,м3/с	∆h, м
До 10	0,3
10…30	0,4
30…50	0,5

Для расхода Q=25 /c ∆h =0,4

Значение величины В найдем по следующей формуле:

B=в+2·m·h₀=8+2·2,25·2,55= 19,48 м

Значение угла наклона канала α вычислим по формуле:

m=ctg α

α =arcctg(2,25)=23,96°≈24°

По известным данным построим поперечный профиль канала в масштабе.