РГЗ 1
.pdfФедеральное 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 |
0,5…0,25 |
Содержание |
3 |
фракций, мм |
0,25…0,1 |
фракций, % |
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:
Qф=Kф·Q=1,12·25=28 м3/с
Минимальный расход Qmin принимаем не менее 40% от величины расчетного расхода.
Qmin=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= |
Q |
= |
25 |
= 2500 |
|||
|
|
|
|
||||
√ |
√0,0001 |
||||||
|
|
|
|||||
ɷ=h2·(β+m)
χ=h·(β+2·√1 + 2)
R= χ
C1= 1·R1/6
K=ɷ·C·√
2
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 |
|
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 |
2500 |
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.
3
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= |
Q |
= |
25 |
= 2500 |
|||
|
|
|
|
||||
√ |
√0,0001 |
||||||
|
|
|
|||||
ɷ=h·(b+mh)
χ=b+2h√1 + 2)
R= χ
C1= 1·R1/6
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 |
|
0 |
8 |
0 |
0 |
0 |
|
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 |
8 |
21,69 |
16,86 |
1,29 |
52,14 |
1282,61 |
2500 |
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 |
4
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,hmax, hmin. Для этого найдем соответствующий расходные характеристики из выражения:
K max= |
Qф |
= |
|
|
|
21 |
|
= 2800 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
√ |
√0,0001 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
K min= |
|
Q |
= |
10 |
|
= 1000 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
√ |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
√0,0001 |
|||||||||
h0=2,55 м hmax=2,70м hmin=1,58 м
Найдем значение U, Umax , Uminпо следующим формулам. ɷ=h0·(в+m·h0)=2,55 ·(8+2,25·2,55)=35,05 м2 ɷmax=hmax·(в+m·hmax)= 2,70 ·(8+2,70·2,55)=38,04 м2
ɷmin=hmin·(в+m·hmin)= 1,58 ·(8+2,70·1,58)=18,18 м2
ʋ= ɷ = 35,0525 = 0,71 м/с
ʋmax= ф = 28 = 1,54м/с
ɷ 18,18
ʋmin=ɷ = 38,0410 = 0,26 м/с
5
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·√1 + 2 =8+2·2,5·√1 + 2,252 = 20,56 м
R=ɷχ = 35,0520,56 = 1,70 м
Канал рассчитываем так, что выполняется условие, при котором не происходит его размыв или заиление наносами:
ʋз< ʋ< ʋр
Минимальная незаиляющая скорость:
ʋз= |
ρW0 √W̅ |
|
||||
0,022 |
|
∙ |
|
|
||
̅ |
|
∑ |
∙ |
|||
|
|
|
|
|||
W = |
|
|
|
|||
|
∑ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
= 1 + 2 |
|
|
2 |
|
|
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W1, |
|
W2 |
|
Wi |
|
|
|
|
|
|
̅ |
W0=W |
|
|
|
d,мм |
|
мм/с |
|
,мм/с |
,мм/с |
|
Pi |
|
Wi*Pi |
,м/с |
|
|||||
|
|
|
|
|
W, м/с |
|
|||||||||||
|
0,5…0,25 |
|
40,20 |
|
26,02 |
33,11 |
|
3,00 |
|
99,33 |
|
|
|
|
|||
|
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 |
0,0041 |
0,0041 |
|
||||
|
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
ʋз= 0,65∙0,00410,022 ∙ √1,70∙0,00010,0041 = 0,6 м/с
Максимально допустимую неразмывающую скорость принимаем для суглинка ʋр=0,8 м/с.
6
Условие ʋз< ʋ< ʋр 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=25м3/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.
7