Грачёв

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Саяно-Шушенский филиал

институт

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №2

по Гидромеханике

предмет

Гидравлический расчет трапецеидального канала при неравномерном движении

тема

Вариант № 4.4

Преподаватель _________________ А.А.Андрияс

подпись, дата

Студент гр. ГЭ19-01Б _________________ Д.В.Грачев

подпись, дата

рп. Черёмушки, 2021

Цель: требуется определить тип кривой свободной поверхности на участке от ПК0 до ПКn при пропуске нормального расхода Q. Построить продольный профиль трапецеидального канала.

Состав расчёта: определить тип кривой свободной поверхности на участке канала отПК₀ до ПК_n при пропуске нормального расхода Q.

Построить продольный профиль трапецеидального канала с участком неравномерного движения в масштабах МГ 1:10; МВ 1:10000.

Исходные данные:

Таблица 1 – Исходные данные для выполнения расчётно-графического задания

Вариант	Исходные данные
	Нормальная глубина	Ширина канала по дну			Уклон канала	Глубина воды на ПК0,	Номер пикетаПКn
7	1,5	5,0	1,75	0,025	0,27	1,25*	60

Расход воды в канале равен номеру варианта Q=7 м^3/с.

Критическую глубину канала h_KP в трапецеидальном русле будем определять по методу И.И. Агроскина:

где, – коэффициент Кориолиса, связанный с неравномерностью распределения скоростей по сечению и принимаемый ; – ширина канала по дну м; – расчётный расход канала, ; – ускорение свободного падения, .

Далее определяется параметр :

где, – коэффициент откоса данного канала.

Далее, пользуясь справочной таблицей определяется значение функции составленной И.И. Агроскиным, и вычисляем искомую критическую глубину данного трапецеидального канала.

По таблице “Числовые значения функции для определения критической глубины трапецеидального канала” было выяснено, что при значении , .

Далее рассчитываем глубину трапецеидального канала:

Рассчитаем критический уклон:

Но для подсчёта критического уклона для начала необходимо узнать следующие величины:

В открытых призматических руслах при неравномерном движении, в зависимости от величины уклона дна и условий протекания потока в начале и в конце рассматриваемого участка, может образовываться ряд форм свободной поверхности потока.

На данном этапе определяем, какого типа будет кривая свободной поверхности. Чтобы это сделать, будет достаточно сравнить следующие величины: уклон канала и критический уклон канала , а также величины глубин: нормальной глубины , критической глубины и глубины воды на ПК₀.

– нормальная глубина канала, ;

– критическая глубина канала, ;

– глубина канала на нулевом пикете, ;

При прямом уклоне дна i > 0

Первый случай

Если уклон дна русла i меньше критического уклона i_KP (i < i_KP), т.е. глубина равномерного движения потока h₀ больше критической глубины h_KP (h₀ > h_KP), существуют три вида кривых свободной поверхности: в зоне а – кивая подпора а₁ в зоне b – кривая спада b₁ в зоне с – кривая подпора – c₁ (рисунок 1).

Рисунок 1 – Кривые свободной поверхности при h₀>h_кр

Исходя из анализа вышеприведённых данных делаем вывод, что у нас получается кривая подпора типа а₁.

Метод Б.А. Бахметеева

Расстояние между сечениями с глубинами h₁ и h₂ для случая i > 0 определяется по формуле:

где l_1-2 – расстояние между сечениями с глубинами h₁ и h₂, м;

h₀ – глубина равномерного движения, м;

₁, ₂ – относительные глубины, м:

(₁), (₂) – функции Бахметева. Функции (₁), (₂) определяются по таблицам Приложения 3 в зависимости от значения относительной глубины _i и гидравлического показателя русла X.

Гидравлический показатель русла определяется по зависимости:

где K₁ и K₂ – расходные характеристики для первого и второго створов на рассматриваемом участке канала, соответствующие глубинам h₁ и h₂.

Скоростной коэффициент j находится по формуле: 

где  – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скоростей по живому сечению потока;

С – коэффициент Шези, м^0,5/с;

B – ширина канала по урезу воды, м;

χ – смоченный периметр, м.

Расчет кривой свободной поверхности методом Б.А. Бахметева удобно вести в табличной форме (таблица 2).

Расчётные формулы и параметры	Глубины
	h1	h2	h3	h4	h5	h6	h7	h8	h9	h10	h11	h12
	1,8	1,9	2	2,1	2,2	2,3	2,4	2,5	2,6	2,7	2,8	2,9
	0,6	0,633	0,667	0,7	0,733	0,767	0,8	0,833	0,867	0,9	0,933	0,967
	17,28	18,62	20	21,42	22,88	24,38	25,92	27,5	29,12	30,78	32,48	34,22
	14,05	14,50	14,94	15,39	15,84	16,29	16,73	17,18	17,63	18,07	18,52	18,97
	1,23	1,28	1,34	1,39	1,44	1,50	1,55	1,60	1,65	1,70	1,75	1,80
	25,88	26,06	26,24	26,42	26,58	26,74	26,89	27,04	27,18	27,32	27,45	27,58
	495,91	550,03	607,21	667,50	730,95	797,61	867,52	940,75	1017,34	1097,33	1180,80	1267,77
	1,916	1,928	1,940	1,952	1,963	1,974	1,985	1,996	2,006	2,016	2,025
	13,2	13,6	14	14,4	14,8	15,2	15,6	16	16,4	16,8	17,2	17,6
	0,181	0,188	0,195	0,202	0,209	0,216	0,223	0,230	0,237	0,244	0,251
	0,693	0,741	0,81	0,867	0,928	1,02	1,098	1,178	1,333	1,472	1,681	2,092
	209,782	172,426	188,714	178,252	118,123	138,943	130,370	-24,600	-0,956	-157,963	-599,224

Таблица 2 – Расчёт кривой свободной поверхности по методу Б.А. Бахметева