Указания к выполнению заданий

ОПД. Р. 03 ПРИКЛАДНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА

Гидравлический расчет сооружений

Методические указания

к выполнению контрольной работы

для студентов заочного обучения

 

Направление 650500 Землеустройство и земельный кадастр

 

 

Уфа 2007

УДК 378.147: 532

ББК 74. 58: 22.253

М 54

 

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета землеустройства и лесного хозяйства (протокол № от сентября 2007 года).

 

 

Составители: профессор Алмаев Р.А.

 

 

Рецензент: зав. кафедрой землеустройства,

доцент Стафийчук И.Д.

 

 

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой гидравлики профессор Алмаев Р.А.

 

г. Уфа, БГАУ, Кафедра гидравлики

ВВЕДЕНИЕ

Контрольная работа по прикладной гидромеханике охватывает темы: «Равномерное движение жидкости в открытых каналах», «Водосливы», «Гидравлический расчет длинных трубопроводов» и включает три задания по расчету рассматриваемых сооружений.

В результате выполнения контрольной работы студент должен:

- усвоить методику решения типовых задач по гидравлическому расчету каналов на равномерное движение;

- овладеть методикой гидравлического расчета основных типов водосливов;

- усвоить методику расчета длинных трубопроводов;

Приступая к работе, студент должен изучить материал соответствующих разделов рекомендуемой учебной литературы, уяснить методику расчета рассматриваемых сооружений.

При выполнении работы следует пояснять используемые расчетные формулы, выбор расчетных параметров и коэффициентов, а также полученные результаты. Терминология, обозначение и наименование величин должны быть общепринятыми. Текст пишется от руки, разборчивым почерком. Сокращения слов не допускаются. Иллюстрации (схемы, графики, планы и профили сооружений) следует выполнять на миллиметровой бумаге формата А4 в масштабе, обеспечивающем наглядность изображения.

Контрольная работа оформляется в соответствии с требованиями стандарта организации к самостоятельной работе студента /1/.

 

 

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ

а)

б)

1.1 Задание 1. Для водопроводящего канала трапецеидального сечения при заданных расходе Q, уклоне дна i, типе грунта определить ширину канала b или глубину наполнения h (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 Трапецеидальный канал:

а - продольный профиль; б - поперечное сечение

 

Расчет рекомендуется вести по формуле Шези / 1, 2 /:

Q = ωC = К , (1.1)

где Q – расход воды;

ω – площадь живого сечения потока;

C – коэффициент Шези;

R = ω/χ – гидравлический радиус;

χ – смоченный периметр;

i – гидравлический уклон;

K=ωC – расходная характеристика (модуль расхода).

В уравнении (1.1) размеры живого сечения b и h представлены неявно. Поэтому расчет выполняется методом подбора.

При одном неизвестном (b или h) задаются рядом значений искомой величины (5-6 значений) и для каждого из них последовательно вычисляют ω, χ, R, C, Q. Расчет ведется в табличной форме. Значения заложения откосов m и шероховатости стенок n следует принять из справочных таблиц по типу грунта и условиям содержания канала /2,3/. При устройстве водоотводящих каналов на пахотных землях каналы выполняют пологими (m = 4,5 – 5 и более). Коэффициент Шези рекомендуется определять по формуле И.А. Агроскина:

С = 1/n + 17,72 lgR,

где n – коэффициент шероховатости стенок.

По результатам расчета строится график зависимости Q=f₁(b) или Q=f₂(h), из которого по заданному расходу находится искомая величина.

Если неизвестны b и h, задачу решают тем же способом, предварительно определив относительную ширину канала β=b/h /2,3,4/. При проектировании трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего профиля используют аналитическое выражение:

b_гн= . (1.2)

В инженерной практике часто применяют формулу С.А. Гиршкана:

b= . (1.3)

По известной величине β, задаваясь, например, рядом значений b, вычисляют h, ω, χ, R, C, Q и, построив график зависимости Q = f(b), находят из него искомую ширину b_иск.. Затем с учетом β = b/h определяют вторую неизвестную величину – h_иск.

Проверка на неразмываемость и незаиляемость. Размеры живого сечения (b, h) должны обеспечивать пропуск расчетного расхода воды при одновременном выполнении условий устойчивости канала (на размыв и заиление).

В качестве расчетных расходов принимают форсированный Q_форс и минимальный Q_мин. расходы. По ним для ширины канала, соответствующей нормальному расходу Q_норм, определяются глубины наполнения h_форс и h_мин, скорости V_форс и V_мин и проверяется выполнение условий:

V_мин≥V_нез, (1.4)

V_форс≤V_нер, (1.5)

где V_нез – минимальная допускаемая незаиляющая скорость;

V_нер – максимальная допускаемая неразмывающая скорость;

Указанные скорости можно найти по таблицам, известным эмпирическим формулам /2, 3, 4/.

При V_форс > V_нер следует принять укрепление стенок и дна канала, обеспечивающие соблюдение условия (1.5).

 

1.2 Задание 2. Определить ширину водослива с широким порогом, обеспечивающую пропуск максимального расхода Q при заданной величине превышения ФПУ над НПУ.

Ширина водослива определяется с помощью формулы:

Q=mb H₀^3/2, (2.1)

где m – коэффициент расхода;

b – ширина водослива;

H₀ – полный напор на водосливе.

Значения m для водосливов с широким порогом при высоте порога р>0 и отсутствии бокового сжатия определяются по таблице П.XVIII / 3 /, а для водосливов c р=0 при наличии бокового сжатия – по таблице П.XIX /3/. Для неплавных оголовков значение m можно также найти по известным эмпирическим формулам.

Полный напор H₀ определяется по геометрическому напору H с учетом скорости подхода потока к водосливу.

 

Н₀ = Н + (α / 2g) (2.2)

Геометрический напор на водосливе определяется по разности отметок форсированного и нормального подпорного уровня, т.е. Н = ∇ФПУ - ∇НПУ.

Скорость подхода u₀ находится из уравнения расхода с учетом площади живого сечения потока в верхнем бьефе (перед водосливом) = ВН (здесь В – ширина потока; значением В следует задаться): u₀ = Q/ .

Так как при неизвестной ширине водослива нельзя оценить наличие бокового сжатия, расчет по формуле (2.1) ведется методом последовательных приближений. В первом приближении можно принять m = 0,32. После определения ширины водослива уточняют m с учетом бокового сжатия (например по таблице П. XVIII / /) и находят величину b во втором приближении. При необходимости выполняют третье приближение.

Проверка на размыв производится по известной методике с определением скорости на пороге водослива и максимальной допускаемой скорости. Глубина на пороге водослива принимается равной h = 2/3 Н₀.

 

1.3 Задание 3. Выполнить расчет водораспределительного трубопровода оросительной системы с насосной подачей.

Исходные данные:

- расход воды дождевальной машины Q, л/с;

- количество дождевальных машин, работающих одновременно n;

- напор на гидранте Н_гидр, м;

- длины участков l, м;

- геодезические отметки узловых точек Z, м. h

Требуется определить расходы на участках сети, диаметр труб, потребный напор в начальной точке.

Рекомендуется такая последовательность решения:

1) по заданным количеству одновременно работающих дождевальных машин n и расходу воды одной машины Q определяют расчетные расходы на участках;

2) по найденным расчетным расходам с учетом рекомендуемой скорости движения воды (u_рек = 1…1,5 м/с из уравнения расхода Q = u×ω (ω – площадь поперечного сечения трубы) определяют расчетные диаметры труб и по ним выбирают стандартные трубы;

3) определяют потери напора на участках.

Для длинных водопроводных труб можно использовать зависимость Q = К (здесь К – расходная характеристика; i – гидравлический уклон;h – потери напора на участке). Значения К в зависимости от диаметра трубы определяется по справочным таблицам / /;

4) вычисляют напоры в узловых точках:

Н_ni = H_nk + Sh_i-k,

где Н_ni, H_nk – пьезометрические напоры в i – ой и конечной точках;

Sh_i-k – потери напора на участке i – k.

Расчет ведут с конечной точки где задан свободный напор на гидранте Н_гидр. Пьезометрический напор Н_nk = z_k + Н_гидр (z_k – геодезическая отметка конечной точки)_.

Потребный напор в начальной точке определяют из условия обеспечения подачи воды по всем возможным направлениям.

 

БИБЛИОГРАФИческий список

 

 

1. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник для ВУЗов. – М.: Энергоатомиздат, 2004. – 624 с.

2. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учебник для ВУЗов. 4-ое издание доп. и перераб. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 672 с.

3. Ерхов Н.С., Ильин Н.И., Мисенев В.С. Практикум по сельскохозяйственной мелиорации и водоснабжению. – М.: Колос, 1984. – 160 с.

4. Степанов П.М., Овчаренко И.Х., Скобельцын Ю.А. Справочник по гидравлике для мелиораторов.– М.: Колос, 1984. – 207с.

5. Киселев Н.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. – М.: Энергия, 1974. – 312 с.

6. СТО 0493582-003-2006. Самостоятельная работа студента. – Уфа: БГАУ, 2006. – 30 с.