Гидравлический расчет системы, состоящей из цилиндрических каналов различных поперечных сечений и дюкера

Курсовая работа

Выполнил:ст.гр. ГЧ-31

Ляйрих М. О.

Проверил:преподаватель

Ахматова Н. П.

Новосибирск, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................................... 3

1 Расчет и построение кривой свободной поверхности призматического (цилиндрического) канала....................................................................... 4

1.1 Расчет нормальной глубины потока.................................................... 4

1.2 Расчет критической глубины потока................................................... 6

1.3 Расчет критического уклона канала.................................................... 8

1.4 Определение формы кривой свободной поверхности потока............ 9

1.5 Расчет гидравлического показателя русла........................................ 10

1.6 Построение логарифмической анаморфозы..................................... 12

1.7 Расчет элементов свободной поверхности потока............................ 14

1.8 Построение кривой свободной поверхности потока по способу Бахметева 17

2 Гидравлический расчет дюкера................................................................. 18

2.1 Расчет одной нитки трубопровода.................................................... 18

3 Построение кривых свободной поверхности в естественных руслах...... 23

Заключение................................................................................................... 32

Список использованной литературы.......................................................... 33

Введение

Построение кривой свободной поверхности представляет прак­тический интерес и позволяет определить изменение ее положе­ния свободной поверхности при проведении различных работ врусле.

В курсовой работе необходимо рассчитать и построить кривые свободной поверхности различными методами: в цилиндрическом канале - методом Бахметева, в естественном русле - методом Павловского.

Цилиндрический канал состоит из двух участков, имеющих различную форму поперечных сечений, соединенных дюкером, проложенным под насыпью автомобильной дороги.

Естественное русло - это двухрукавный участок с запрудой в несудоходном рукаве.

1 Расчет и построение кривой свободной поверхности призматического (цилиндрического) канала

Под призматическим (цилиндрическим) руслом в гидравлике понимается канал, в котором форма и размеры поперечного сечения одинаковы по длине русла.

В курсовой работе заданы два различных канала, каждый из которых имеет свою форму поперечного сечения.

Для определения типа и построения кривой свободной поверхности для каждого канала необходимо, в первую очередь, определить нормальную и критическую глубины.

1.1 Расчет нормальной глубины потока

Нормальная глубина h₀ - это глубина, которая устанавливается при равномерном движении в расчетном русле при прохождении заданного расхода воды Q. Индекс «0» в дальнейшем будет означать, что характеристика соответствует нормальной глубине.

Уравнение равномерного движения является основной зависимостью для определения нормальной глубины

(1.1.1)

где ω – площадь поперечного сечения канала, м²;

C – коэффициент Шези, м^0,5/с, определяемый по формуле Маннинга

(1.1.2)

n – коэффициент шероховатости;

– гидравлический радиус;

– длина смоченного периметра, м;

– уклон дна канала.

В уравнении (1.11) вводится понятие модуля расхода

(1.1.3)

Для заданного русла модуль расхода, при соответствующей нормальной глубине, является постоянной величиной

(1.1.4)

Для трапецеидального сечения

Для параболического сечения

Нормальная глубина каждого канала находится графическим методом. Задаваясь рядом значений глубины (не менее 4), определяем геометрические и гидравлические характеристики сечения. Расчет сводим в таблицу 1. 1.1.

Таблица 1.1.1- К расчету нормальной глубины потока

а) трапецеидальное сечение:

Величина или расчетная формула	Численные значения
h, м	1,00	0,95	0,90	0,80
ω=(b+mh)h, м2	3,30	3,06	2,84	2,40
, м	5,41	5,23	5,04	4,68
, м	0,61	0,59	0,56	0,51
, m0,5/ c	46,05	45,79	45,39	44,69
, м3/c	118,69	107,63	96,47	76,59

б) параболическое сечение

Величина или расчетная формула	Численные значения
h, м	1,00	1,50	2,00	2,50
, м	3,58	4,38	5,06	5,66
, м2	2,39	4,38	6,75	9,43
, м	4,32	5,34	6,65	7,90
, м	0,55	0,82	1,02	1,19
, m0,5/ c	32,33	34,55	35,83	36,76
, м3/c	57,30	137,03	244,26	378,15

По данным таблицы 1.1.1(а, б) строят график зависимостей K=f(h), по которому, зная величину К₀, определяем нормальную глубину h₀ (рисунок 1.1.1, рисунок 1.1.2).

Для трапецеидального сечения:

h0, м	ω0, м2	, м	, м	, м0,5/с	K0, м3/с
1,00	3,30	5,41	0,61	46,05	118,69

Для параболического сечения:

h0, м	B0, м	ω0, м2	, м	, м	, м0,5/с	K0, м3/с
1,80	4,80	5,76	6,13	0,94	35,35	197,41

Для проверки вычисляем модуль расхода, соответствующий найденной нормальной глубине, и рассчитываем погрешность по формуле

(1.1.5)

Расчет считают завершенным, если Δ_K < 5%.

Для трапецеидального сечения:

Принимаем h₀ = 1,00 м.

Для параболического сечения:

Принимаем h₀ = 1,80 м.

1.2 Расчет критической глубины потока

Критическая глубина h_к — это глубина, соответствующая мини­муму удельной энергии сечения (рисунок 1.2.1). Индекс «к» в даль­нейшем будет означать, что характеристика соответствует крити­ческой глубине.

Для определения критической глубины графическим способом сначала вычисляем постоянную величину , затем задаем ряд значений глубины (не менее 4) и находим геометрические характеристики сечения.

Для трапецеидального сечения

Для параболического сечения

Рисунок 1.2.1 – График удельной энергии сечения

Расчет сводим в таблицу 1.2.1 (а, б).

Таблица 1.2.1 - К расчету критической глубины потока

а) для трапецеидального сечения

Величина или расчетная формула	Численные значения
h, м	1,00	0,60	0,50
В=b+2mh, м	4,80	3,60	3,30
ω=(b+mh)h, м2	3,30	1,62	1,28
	7,47	1,18	0,63

б) для параболического сечения

Величина или расчетная формула	Численные значения
h, м	1,00	0,80	0,40
В, м	3,58	3,20	2,27
ω=2/3Bh, м2	2,39	1,71	0,61
	3,81	1,56	0,09

По данным таблицы 1.2.1 строим график зависимости , на нем откладываем найденное ранее значение Δ_к, по которому определяем критическую глубину h_к (рисунок 1.2.2, рисунок 1.2.3).

Для трапецеидального сечения:

hк, м	ωк, м2	, м	B, м		, м0,5/с
0,45	1,11	3,42	3,15	0,32	41,35	0,43

Для параболического сечения:

hк, м	Bк, м	ωк, м2	, м		, м0,5/с
0,58	2,72	1,05	3,05	0,34	29,84	0,43

Принимаем для трапецеидального сечения h_к = 0,45 м.

Принимаем для параболического сечения h_к = 0,58 м.

1.3 Расчет критического уклона канала

Критический уклон i - воображаемый уклон, который надо придать рассматриваемому призматическому руслу, чтобы при заданном расходе Q и при равномерном движении воды в русле нормальная глубина h₀ оказалась равной критической h_K (рисунок 1.3.1).

Критический уклон рассчитываем по формуле

	(1.3.1)
Для трапецеидального сечения критический уклон равен Для параболического сечения критический уклон равен

Рисунок 1.3.1 – К определению критического уклона

В трапецеидальном сечении h₀ > h_к, i < i_к, значит поток при равномерном движении будет находиться в спокойном состоянии.

В параболическом сечении h₀ > h_к, i < i_к, значит поток при равномерном движении будет находиться в спокойном состоянии.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: