x = 2 
= 
= 3,3, (2.7)
где Kср - среднее значение модуля расхода, т.е.
Kср = (K1 + K2)/2 = (520,911 + 1492,276)/2 = 1006,59 (м3/c), и соответственно
hср = (h1 + h2)/2 = (1 +2)/2 = 1,5 (м).
Поиск:
Рекомендуем:
Почему я выбрал профессую экономиста
Почему одни успешнее, чем другие
Периферийные устройства ЭВМ
Нейроглия (или проще глия, глиальные клетки)
Категории:
Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника
Определяется гидравлический показатель русла х по формуле
|
|
|
|
{h2 – h1 – (1 – 
)×[j(h2) – j(h1)]}, (2.8)
где h2 = 
= 
=1,1; h1 = 
= 
= 1,18, так как считается, что равномерное движение на водоскате уже имеет место при глубине h» (1,05¸1,1) h0в.
Следует отметить, что если кривая спада приближается к линии нормальных глубин N - N снизу, то относительная глубина, при которой заканчивается расчет, принимается равной h = h/h0 = 0,99 ¸ 0,95.
В первом и во втором случае h – фактическая глубина в рассматриваемом сечении.
Величина параметра кинетичности потока определяется по формуле
= 
, (2.9)
где 
= 
= 
= 59,73 (м0,5/с); 
= 
= 
= 13 (м). Таким образом 
= 
= 92,32.
Значения С0 и c0 вычисляются по найденному значению h0в, величины Скр и cкр вычислены ранее.
Значения функций j(h1) и j(h2) при iв > 0 определяются по таблицам, соответствующим найденному значению гидравлического показателя русла х [2, 3, 4,5].
[jb(h) – ja(h)]. (2.10)
jх(h1) = 0,416,
jx(h2) = 0,568,
Lк.с = (0,29/0,3)*{1,1 – 1,18 – (1 – 92,32)*[0,568 – 0,416]} = 13,386.
Сравнивая полученную величину Lк.c с реальной длиной водоската Lв, можно столкнуться с двумя ситуациями:
а) если Lв > Lк.c, то на водоскате устанавливается равномерное движение с глубиной h0в, которая сохраняется на оставшейся части быстротока, как это показано на рис. 2.1;
б) если Lв < Lк.c, то в конце водоската устанавливается глубина h2 > h0в.
Расчет кривой спада на водоскате быстротока ведется по уравнению
dl = 
{h2 – h1 – (1 – )×[j2(h) – j1(h)]}, (2.11)
для чего предварительно вычисляются значения величин х, h0в/iв, 
. Для определения гидравлического показателя русла x (по формуле 2.7) для каждого расчетного участка быстротока строится график вида K = ¦(h) (рис. 2.5). Расчет удобно вести в табличной форме.
Расчет следует закончить:
- если Lв > Lк.с, глубина h уменьшается до (1,05¸4,1)h0в;
- если Lв <Lк.с, суммарная длина 
достигает Lв.
По результатам расчета строится кривая свободной поверхности на быстротоке на миллиметровой бумаге формата А4 и определяется глубина потока в конце водоската. Кривая свободной поверхности строится с учетом уклона дна [см. приложение рис.2.1].
2.3. Расчет аэрации потока на водоскате быстротока
При движении воды с большими скоростями (при продольных уклонах водоската быстротока iв > 0,02¸0,03) происходит явление насыщения потока воздухом, называемое аэрацией. По мере увеличения степени аэрации потока растет его глу-
= 264,286 (м/с), (2.12)
где h2 – глубина в конечном сечении водоската.
Скорость начала аэрации Va рекомендуется определять по формуле Т.Г. Войнич-Сяноженцкого
Va = 
, (2.13)
где cosy = 
= 
=0,954, n - коэффициент шероховатости поверхности водоската; R - гидравлический радиус неаэрированного потока, определяемый величиной h0в.,R=0,274 м.
Va = 
= 9,044 (м/с).
Если (Vв)к >Va,то поток будет аэрирован и его глубина в любом сечении при Vв £ 20 м/с может быть определена по формуле М. Р. Разумовской
(h)аэр = h ×[1 + 0,01×(Vв)к]=0,014*[1+0.01*264,286]=0,051 (м) (2.14)
Т.к. (Vв)к =264,286 м/с> Va =9,044 м/с, значит поток аэрированный.
В случае этого выясним возможность возникновения аэрации в вышерасположенных сечениях и при необходимости уточним глубину насыщенного воздухом потока.
h = 0,3; (Vв)к = 
= 12,3 > Va;
h = 0,35; (Vв)к = 
= 10,52 > Va;
h = 0,4; (Vв)к = 
= 9,25 > Va;
h = 0,42; (Vв)к = 
= 8,809< Va;
Рис. 2.6. Схема к расчету выходной части быстротока
Угол q может быть определен выражением
tgq £ 1/ 
, (2.12)
= 
=11048,809, здесь w - площадь живого сечения потока, вычисленная по глубине h2, которая в частном случае может быть равна h0в.
tgq £ 1/ 
=0,009; q=6,7°.
Длину расширяющейся части следует назначать по рекомендации Ф.И. Пикалова
lвор» 1,25*lпр, (2.13)
где lпр - длина гидравлического прыжка в расширяющемся русле.
Длина гидравлического прыжка, образующегося в непризматическом расширяющемся русле, может быть определена по формуле О.Ф. Васильева
lпр = 
. (2.14)
где b1 = b, lп - длина гидравлического прыжка в призматическом русле прямоугольной формы поперечного сечения.
Длина прыжка в призматическом русле может быть вычислена по одной из известных зависимостей, например, по формуле М.Д. Чертоусова
lп = 10,3 × h’ × ( -1)0,81 = 10,3*0,051( -1)0,81 = 22,612 (м), (2.15)
где h’ - в рассматриваемом случае равна глубине в сжатом сечении hс и приблизительно равна глубине h2 в конце водоската быстротока.
lпр = 
= 22,567 (м); lвор = 1,25*22,567 = 28,209 (м).
По принятой величине длины воронки lвор определяется ширина понизу отводящего канала по формуле
b0 = b + 2 * tgq * lвop = 10+2*0,009*28,209 = 10,508 (м). (2.16)
Для вычисления характера сопряжения бурного потока со спокойным следует определить глубину h 
= h 
(сопряженную с глубиной в конце водоската), которая может быть найдена подбором из уравнения Ф.И. Пикалова для гидравлического прыжка в непризматическом русле
= 
(2.17)
где b 
= b + 2*1пр*tgq = 10 + 2*22,567 *0,009 = 10,406 (м) - ширина потока по основанию в конце прыжка.
Вторая сопряженная глубина h и длина пространственного прыжка 1пр в расширяющемся русле меньше, чем h" и lп для прыжка в призматическом русле при одинаковых условиях в начальном сечении. Последнее обстоятельство должно
в процессе подбора. Вторая сопряженная глубина в призматическим русле определяется из формулы
h" = 
= 
=1,222 (м), (2.18)
где hкр - критическая глубина, вычисленная для водоската быстротока постоянной ширины. Используя уравнение Ф.И. Пикалова, находим hр’’ = 7,3 (м) > h” = 1,222 (м).
Прежде чем выяснить форму гидравлического прыжка, необходимо определить нормальную глубину в трапецеидальном отводящем канале h02 при расходе Qв; ширине понизу b0; значениях коэффициента откоса m0 и уклона дна i02, соответствующих указанным в задании.
Нормальная глубина в отводящем канале h02 может быть определена по графику К = ¦(h), порядок построения которого описан выше (см. табл. 1.1) [см. приложение рис.2.7].
Таблица 2.5
К построению графика K = ¦(h)
| h, м | w, м2 | c, м | R, м | C, м0,5/с | K = wС  , м3/с
|
| h1 =1 | 0,83 | 57,024 | 519,513 | ||
| h2 = 2 | 1,43 | 62,436 | 1493,252 |
Нормальная глубина в отводящем канале h02 может быть определена и на основе показательного закона Б.А. Бахметева. Предварительно следует определить значение гидравлического показателя русла для трапецеидального отводящего канала по формуле
X = 2 
= 2*lg(
)/lg(
) = 3,043, (2.19)
где К1, К2 - модули расхода, вычисленные соответственно при глубинах h1 и h2.
Нормальная глубина h02 определяется из выражения
h02 = hi 
= 2*(
)2/ 3,043 = 1,099 (м) (2.20)
где К0 = Qв/ 
; hi и Кi, - значения глубины потока и соответствующей ей величины модуля расхода, в качестве которых могут рассматриваться h1 и K1 или h2 и K2.
> h02 - прыжок отогнан;
если h = h02 - прыжок в критическом положении;
если h < h02 - прыжок затоплен.
В случае отогнанного гидравлического прыжка в целях более быстрого перехода потока из бурного в спокойное состояние в пределах выходной части устанавливаются водобойные устройства простейшего типа в виде водобойных колодцев и стенок. В курсовой работе следует рассмотреть оба типа водобойных устройств.
В случае устройства водобойного колодца выходная часть быстротока без стенки падения может быть решена по схеме, приведенной на рис. 2.8.
Глубина водобойного колодца с учетом перепада на выходе DZ, образующегося при движении потока через порог водобойного колодца, определяется по формуле:
d0 = s h - (h02 + DZ), (2.21)
где s - коэффициент запаса, принимаемый равным 1,05¸1,1; φ = 0,8¸0,95. DZ= 
= 
=
3,478 – 0,072 =3,406 (м),
d0 = 1,05*7,3 – (1,099 + 3,406) = 3,16 (м).
Длина водобойного колодца принимается равной
lк» (0,8¸1,0)*lпр = 0,8*22,567 = 18,054 (м).
В случае устройства водобойной стенки (см. приложение рис. 2.9) определение ее высоты выполняется одним из существующих способов, например, как это показано ниже.
Предварительно необходимо определиться с формой поперечного сечения водобойной стенки, представляющей собой полигональный водослив практического профиля. Полагая водобойную стенку прямоугольной, следует принять коэффициент расхода mс = 0,42 и коэффициент скорости j = 0,95.
Напор над стенкой определяется следующим образом:
(H0)1 = (
)2/3, (2.22)
где sп - коэффициент подтопления стенки, который в первом приближении принимается sп = 1.
. (2.23)
Без учета скоростного напора (V0) 
/2g геометрический напор над стенкой составит
(Hст)1 = (H0)1 - 
. (2.24)
Тогда высота стенки будет
C1 = s × h - (Hст)1. (2.25)
Расстояние l1 от конца водоската до стенки следует принять равным длине прыжка lпр.
Далее следует выяснить характер сопряжения потока за стенкой для чего необходимо определить вторую сопряженную глубину (h 
)1 за стенкой, рассматривая ее как водослив с коэффициентами расхода и скорости mс = 0,42 и j = 0,8¸0,95 и пользуясь одним из методов, приведенных в [2, 3, 4] или в прил. 2.
Если (h )1 > h02, и то за стенкой образуется отогнанный гидравлический прыжок следует установить еще одну водобойную стенку, которая обеспечит затопление прыжка и водобойной стенки. В этом случае водобойная стенка будет работать как водослив затопленный, и необходимо уточнить величину (H0)1, поскольку коэффициент подтопления sп < 1. Величину sп рекомендуется определять по графику А.А. Угинчуса, приведенному на рис. 2.10.
+ lз, (2.26)
где - сумма расстояний между стенками; lз = 3¸4, м.
Для определения коэффициента sп предварительно вычисляется
(Zn)i = (h )i - (h )1+1 и 
.Критическая глубина потока в расширяющемся русле выходной части быстротока определяется формулой
(hкр)i = 
. (2.27)
sп=1;
(H0)1 = (
)2/3= 1,540 (м);
(V0)1 = 
= 0,464 (м/с);
(Hст)1 = 1,540 - 
= 1,529 (м);
C1 = 1,05*7,3 - 1,529 = 6,136 (м);
(h )1=2,855 (м).
Так как (h )1 > h02, то за стенкой образуется отогнанный гидравлический прыжок и следует установить еще одну водобойную стенку. Уточним величину (H0)1.
(hкр)1 = 
= 1,106 (м);
(Zn)1 = 7,3 – 2,855 = 4,445 (м);
sн=1;
(V0)1 = 
= 1,216 (м/с);
Указанные гидравлические параметры потока могут быть получены из формул
(lпад)1 = 1,33 
, (2.30)
)1. (2.31)
sп = 1;
(lпад)1 = 1,33 
= 4,239 (м);
(lп)1 = 3*2,855 = 8,565 (м);
l1-2 = 4,239 + 8,565 = 12,804 (м);
l = 22,567 + 12,84 + 1,0 = 36,371 (м);
b 
= 10+2*36,371*0,009 = 10,655 (м);
(H0)2 = (
)2/3 = 1,516 (м);
Скорость водного потока между первой и второй стенкой определится из формулы
(V0)2 = 
, (2.29)
(V0)2 = 
= 1,216 (м/с);
Высота второй водобойной стенки С2 определится из формулы
C2 = s*(h )1 - (Hст)2, (2.28)
где (Hст)2 = (H0)2 
, (H0)2 = (
)2/3.
где b = b + 2 × l × tgq; l = lпp + l1-2 + lcm; lcm = l,0 м.
В приведенной формуле l1-2 определяет расстояние между первой и второй стенками, которое определяется выражением
l1-2 = (lпад)1 + (lп)1,
где (lпад)1 - дальность падения струи, сходящей с первой стенки; (lп)1 - длина прыжка, образующегося за первой стенкой.
= 1,441 (м);
С2 = 1*2,855 – 1,441 = 1,414 (м);
(h )2 = 1,915 (м); (hкр)2 = 
= 1,089 (м);
(Zn)2 = 7,3 – 1,915 = 5,385 (м);
= 
= 3,494; sп = 1.
(lпад)2 = 1,33 
= 1,33 
= 2,239 (м);
(lп)2 = 3*(h )2 =3*1,915 = 5,745 (м);
l2-3 = 5,475 + 2,239 = 7,984 (м);
l = 22,567 + 7,984 = 30,551 (м);
b 
= b + 2 × l × tgq = 10+2*30,551*0,009 = 10,550 (м);
(H0)3 = (
)2/3 = (
)2/3 = 1,526 (м);
(V0)3 = 
= 
= 1,831 (м/с);
(Hст)3 = (H0)3 
= 1,526 
= 1,355 (м);
С2 = 1*1,915 – 1,355 = 0,56 (м); (h )2 = 1,568 (м). Так как (h )2 > h02, то за стенкой образуется отогнанный гидравлический прыжок и следует установить еще одну водобойную стенку.
(hкр)3 = 
= 1,096 (м);
(Zn)2 = 7,3 – 1,568 = 5,732 (м);
= 
= 3,695;
sп = 1;
= 1,33 
= 1,657 (м);
(lп)2 = 3*(h )2 =3*1,509 = 4,527 (м);
l2-3 = 1,657 + 4,527 = 6,184 (м);
l = 22,567 + 6,184 = 29,751 (м);
b = b + 2 × l × tgq = 10+2*29,751*0,009 = 10,535 (м);
(H0)3 = ()2/3 = (
)2/3 = 1,527 (м);
(V0)3 = = 
= 2,327 (м/с);
(Hст)3 = (H0)3 = 1,527 
= 1,251 (м);
С3 = 1*1,509 – 1,251 = 0,258 (м); (h )3 = 1,336 (м).
(hкр)4 = 
= 1,097 (м);
(Zn)4 = 7,3 – 1,336 = 5,964 (м);
= 
= 5,13; sп = 1.
(H0)4 = (
)2/3 = 1,529 (м);
(Hст)4 = 1,529 
= 1,176 (м);
C4 = s × (h )2 - (Hст)4 = 1*1,336 – 1,176 = 0,16 (м); (h )4 = 1,264 (м). Расчет прекращаем, нет необходимости в 5 стенке.
= 1100 – 0,8*210 = 932 (м3/с), (3.1)
где Qmax - максимальный расход в реке расчетной обеспеченности, м3/с.
Общая ширина водосливного фронта водосливной плотины Вв равна:
Вв = Qвод/q р = 
=18,64 (м), (3.2)
где q р - удельный расчетный расход в нижнем бьефе водосливной плотины, который следует принять равным 50¸70 м2/с.
После определения суммарной ширины водосливного фронта следует, учитывая рекомендации [6], подобрать ширину bп и число пролетов nn таким образом, чтобы В = bn × nn ³ Вв. Принятые значения bn = 3 м и nn = 8, а также определяемую ими суммарную ширину пролетов в свету В=21 в дальнейших расчетах следует рассматривать как один из возможных вариантов.
Например, если Вв = 47,6 м, можно принять 6 пролетов по 8 м или 4 пролета - по 12 м (ширину пролета меньше 6 м и более 14 м принимать не рекомендуется).
Полный напор на гребне водосливной плотины определяется по формуле
= 
= 7,478 (м), (3.3)
где m 
- коэффициент расхода водослива, в первом приближении mв = 0,49; e' - коэффициент сжатия, также в первом приближении e' = 1.
Определив в первом приближении величину H 
, последнюю можно уточнить путем учета явления сжатия потока на гребне водослива, что можно сделать, вычислив e" по формуле
e" = 1 – 0,1*n c*x* 
= 1 – 0,1*11,2* 
= 0,601, (3.4)
где nс = 2nn - общее число боковых сжатий для всего водосливного фронта; x - коэффициент формы оголовков промежуточных быков, который может быть принят x = 0,7 [1].
= 10,45 (м). (3.5)
Геометрический напор на гребне водосливной плотины определяется по формуле
= 10,45 – 
= 10,353 (м), (3.6)
где V0 - скорость подхода потока к водосливу, м/с.
Отметка гребня водослива определяется по формуле
ÑГВ¢ = ÑФПУ – (Hст)1 =230 – 10,353 = 219,647 (м БС), (3.7)
где ÑФПУ -отметка форсированного подпорного уровня, м БС.
Геометрический напор на гребне водослива при нормальном подпорном уровне водохранилища ÑНПУ равен
(Hст)2 = ÑНПУ - ÑГВ¢ = 229 – 219,647 = 9,353 (м). (3.8)
Полученная величина (Нст)2 должна быть приведена в соответствии с требованиями [6], и принятое значение в дальнейших расчетах считается профилирующим (проектным) напором Нпр = 9,0 (м).
Построение оголовка водосливной плотины - водослива с безвакуумным криволинейным профилем - выполняется по координатам, приведенным в прил. 3. В настоящей работе предлагается использовать координаты для построения безвакуумного водослива с оголовком профиля В по данным Кригера. Поскольку табличные значения координат приведены для напора H = 1, их необходимо умножить на величину Нпр.
Далее следует оценить пропускную способность водослива при отметке ÑФПУ, для чего необходимо определить отметку гребня водослива:
ÑГВ" = ÑНПУ – Нпр = 229 – 9,0 = 220 (м БС). (3.9)
Геометрический напор на гребне при отметке ÑФПУ определяется выражением
(Нст)3 = ÑФПУ – ÑГВ" = 230 – 220 = 10 (м). (3.10)
Уточненный коэффициент расхода водослива определяется по формуле Н.Н. Павловского
m 
= sф × sн × mн, (3.11)
где sф - коэффициент формы; sн - коэффициент полноты напора; mн = 0,504.
с учетом sф = 0,956 и sн = 1,006 позволяет определить расход воды через водослив при отметке в водохранилище, равной ÑФПУ:
m = 0,956*1,006*0,504 = 0,485.
Q 
, (3.13)
где e¢¢¢ - коэффициент сжатия, вычисленный по приведенной выше формуле при H0 = H 
.
H = (Нст)3 + 
= 10,0 + = 10,097 (м) - полный напор на гребне водослива при ÑФПУ, вычисленный в предложении неизменности скорости подхода V0.
e¢¢¢ = 1 – 0,1*16*0,7* 
= 0,462;
Q = 0,485*0,462*21 
(10,097)3/2 = 668,647 (м3/с).
Полученная величина Q 
сравнивается c Qвод,причем должно выполняться условие: Q > Qвод, в противном случае пропускная способность водослива недостаточна, о чем делается вывод без проведения дополнительных расчетов.
В нашем случае это условие не выполняется, значит, пропускная способность водослива недостаточна.
Для сопряжения сливной грани с отметкой, определяемой положением носка- уступа, следует воспользоваться значениями сопрягающих радиусов R в зависимости от напора на водосливе и высоты водосливной плотины в нижнем бьефе (прил. 6).R = 14,4 (м), при Рн = 17 (м).
Далее необходимо выбрать отметку вертикального уступа c носком из условия обеспечения максимальной дальности полета струи.
Дальность отброса струи Lc при скорости Vc схода струи с носка, направленной под углом aн (cм. приложение рис. 3.1), определяется по формуле
, (З.14)
где Z - перепад между верхним и нижним бьефами с учетом скорости подхода, м; Z1 - полный напор над носком-трамплином, м; kа - коэффициент, учитывающий влияние аэрации и расщепления струи в полете; j - коэффициент скорости, учитывающий потери напора на всем водосбросном тракте вплоть до выходного сечения носка-трамплина; hс -глубина потока на сходе с носка.
Значение скорости потока Vc и его глубина hc на сходе с носка могут быть приблизительно определены по следующим зависимостям
Vc = j 
= 0,958* 
= 21,177 (м/с), hc = q/ Vc = 31,840/21,177 = 1,503(м), (3.15)
где q = Q/B = 668,647/21 = 31,840 (м2/с) - удельный расход, определенный в предположении, что раздельный бык полностью разделяет поток в пределах смежных водосбросных отверстий.
Коэффициент скорости j определяется по зависимости
=1 – 2*10-3(
)4/3 = 0,958, (3.16)
где Z1 и Н 
- полный напор (с учетом скоростного подхода) соответственно над уступом и на гребне водослива, м; 
= 
= 1,505 (м) - критическая глубина потока.
Коэффициент kа принимается равным 1 при значениях числа Фруда в сечении потока на сходе с носка-трамплина Fr = 
< 30¸35; при больших значениях Fr коэффициент kа может быть принят равным 0,8¸0,9.
Fr = 
Угол входа струи под уровень нижнего бьефа определяется по формуле
, (3.17)
= 0,958* 
= 22,011 (м/с). (3.18)
Чем ниже расположен носок-трамплин, тем дальше отброс струи, поэтому для увеличения дальности отброса струи носок следует располагать ниже. В курсовой работе отметка верха носка принимается равной УНБmax, а величину угла наклона aн, которая при соответствующем значении n = Z1/Z = 24,907/26,907 = 0,926 обеспечивает наибольшую дальность отброса струи, определяется по формуле
= 0,958* 
=0,959, (3.19)
aн=30,0°.
tgθ = 
,
Для предварительных расчетов максимальной глубины воды в воронке рамыва скального русла, считая, что основание представлено породами с развитой трещиноватостью, следует воспользоваться формулой А.Г. Соловьевой
= (3.20)
= (0,1+0,45 
)* 
* 
*1,503 = 13,561 (м),
где h 
= 8,0 м- максимальная глубина воды в нижнем бьефе; d - средняя крупность скальных отдельностей, равная диаметру эквивалентного по объему шара, м; Fr = V 
/(g × hc) - число Фруда, вычисляется по средней скорости и глубине потока в сечении на сходе потока с трамплина. В курсовой работе среднюю крупность скальных отдельностей следует принять равной d =(0,15¸2,5) м.
Z2 + hp = 2 + 13,561 = 15,561 (м);
L1=1* 
= 57,988 (м).
