Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений

                                                      ФГОУ ВПО

            Приморская государственная сельскохозяйственная  академия

                         Институт земледелия и природообустройства

 

Кафедра водоснабжения

и водоотведения

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

по дисциплине «Гидравлика гидротехнических сооружений»

тема « Гидравлический расчет узла

гидротехнических сооружений»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студент II курса, з/о, сокр,

Селиванова Н.Н.

Шифр № 711019

           Проверила: Милосердова Т.И.                      

 

 

 

 

 

Уссурийск  2013 г.

 

Содержание:

 

 

1. Исходные данные………………………………………… стр

 

2. ………….стр

 

 

3. …………………….стр

 

4. ………………………  стр

 

 

5. ………стр

 

6. ………………стр

 

 

7. ……………………… стр

 

 

8. Список использованной литературы…………………………..стр

 

 

 

 

 

Исходные данные:

Задача 7.

Расход Q = 24 м³/с

Уклон дна ί = 0,00022

Грунт – глина С_расч = 0,15∙10⁵ Па

Коэффициент форсировки К_ф =1,00

Ширина по дну b = 6 м

1. Определить по справочнику коэффициент шероховатости русла и коэффициент заложения откосов m.
2. Определить размеры живого сечения (b,h₀,β) при Q.
3. В случае если к_ф > 1, определить нормальную глубину h_0ф при Q_ф.
4. Определить среднюю скорость в сечении при Q и Q_ф и проверить возможность размыва.

Задача 8.

Глубина h₀ = 2,5 м

Конечная глубина h_кон. = 1,65h₀

1. Определить критическую глубину h_кр в канале при расходе Q.
2. Сравнивая h₀, h_кр, h_кон выяснить зону формирования кривой свободной

поверхности (привести расчетную  схему), с помощью дифференциального уравнения неравномерного движения определить вид кривой и назначить начальную глубину.

3. Задаваясь количеством участков N=3-5 и шагом глубин , определить координаты и длину кривой свободной поверхности одним из способов, описанных в литературе.
4. Построить на миллиметровке в масштабе продольный разрез на оси канала с указанием координат свободной поверхности линий нормальных и критических глубин.

Задача 10.

Расход Q = 15 м³/с

Глубина h_б = 1,5 м

Высота порога p = 0 м

Ширина канала b_к = 7 м

Коэффициент заложения откоса m_к = 1,0

Глубина h_к = 1,4h_б

1. Определить ширину водослива b.

Задача 11.

Расход Q = 500 м³/с

Ширина пролета b = 5 м

Число пролетов n = 5 м

Скорость *₀ = 1,25 м/с

Отметки: ФПУ = 121 м

                 НПУ = 120 м

                 Дна = 100 м

УНБ₁ при НПУ = 106 м

УНБ₂ при ФПУ = 107 м

1. Определит отметку гребня водослива и его высоту из условия пропуска через открытые пролеты расчетного расхода Q при НПУ и заданной отметке уровня нижнего бьефа УНБ₁.
2. Определить расход Q_ф через плотину при форсированном подпорном уровне ФПУ (затворы открыты) и уровне воды в нижнем бьефе УНБ₂.
3. Вычислить координаты водосливной поверхности и поверхности потока при пропуске потока Q и построить профиль плотины и свободной поверхности в масштабе на миллиметровке.

Задача 12.

Тип гасителя – водобойный колодец.

1. Установить характер сопряжения потоков в нижнем бьефе водослива при Q и данных из задачи 11.
2. В случае необходимости рассчитать гаситель энергии для обеспечения сопряжения с надвинутым прыжком.
3. Вычертить в масштабе на миллиметровке разрез по оси водослива с гасителем энергии в нижнем бьефе, показать свободную поверхность воды и размеры гасителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 7.

Определить коэффициент  шероховатости русла и коэффициент  заложения откосов m.

m = 1,5 по таблице IX Задачник по гидравлике Андреевская А.В.

n = 0,025 по таблице III [1] при средних условиях содержания и ремонта канала.

Вычисляем глубину потока в канале графоаналитическим способом. При этом способе основной задачей  является построение графика зависимости  Q = ƒ (h). Расчет координат графика ведется в табличной форме.

Вычисляем коэффициент Шези:

                                                    

Значение функции определяется по таблице VI [1]

                                          = 0,015

                                       

Вычисляем площадь живого сечения

                                       , м²

    m = ctɡ φ = , где а = m×h = 1,5×1 = 1,5

    - определяем по графику

                            м²

 

Таблица 1. Расчет координат  графика Q = f (h)

h, м	ω=(b+mh)h, м2	x=b+2h√1+m2, м	R= ,м	с√R, м/с	Q=ωс√Rί, √ί = 0,00022
1	2	3	4	5	6
0,5	3,375	7,8	0,43	21,97	1,11
2	18	13,2	1,36	49,41	13,34
3	31,5	16,8	1,88	61,39	29

 

        Проверка канала на размыв производится путем сравнения максимальной скорости движения воды в канале с допускаемой скоростью на размыв. Максимальная скорость движения воды в канале определяется по формуле

                                              , м/с

                              м/с

   = 1,41 м/с по таблице 16.3 [1]

при С_расч = 0,15×10⁵ Па

Вывод: так как  = 0,86 м/с < =1,41 м/с, то канал не размывается.

 

 

 

 

 

 

 

Задача 8.

Определяем критическую  глубину в канале.

                              )

                                        

                                       , м

                                       , м

где ℒ = 1,1

       ɡ = 9,81

                                     

                                                  

                             

                             

                               ) = 1,09 м

                               h_кон =1,65×2,75 = 4,54 м

Производим расчет кривых свободной поверхности по способу  Агроскина при гидравлическом показателе русла х = 5,5 по следующему расчетному уравнению.

 При ί > 0

                 , м

где - расстояние между двумя сечениями потока с глубинами h₁ и h₂, м;

       - переменная величина, зависящая от глубины потока;

       - уклон дна канала;

      - переменная величина, зависящая от глубины потока;

      - среднее арифметическое значение фиктивного параметра кинетично

                 сти для двух соседних сечений;

      - переменная функция.

Переменная  определяется по формуле

                                  

где - глубины потока в сечениях, между которыми определяется длина

                       кривой свободной поверхности,  м;

       - переменные величины в сечениях, между которыми определяется

                       длина кривой свободной поверхности.

Переменная величина вычисляется по формуле

                     

где h – глубина потока в рассматриваемом сечении, м;

      - безразмерная характеристика живого сечения, соответствующая глубине

             h;

       - нормальная глубина, м;

       - безразмерная характеристика живого сечения, соответствующая нормальной глубине h₀;

Безразмерная характеристика в назначенном сечении определяется по формуле

                                         

где m₀ = 2 - характеристика откоса, определяется по табл. 7

              .

Безразмерная характеристика определяется по формуле

                                       

                                       

Значение функций  и = 1,068 определяется по табл. 13 .

Среднее арифметическое значение фиктивного параметра кинетичности определяется по формуле

                                      

где - фиктивные параметры кинетичности в сечениях, между которы

                           ми определяется длина кривой  свободной поверхности.

Фиктивный параметр кинетичности в сечении определяется по формуле

                           

Где - функция, значение которой определяется по табл. 14 .

Переменная функция  определяется по табл. 10 .

Расчет кривой свободной  поверхности сводиться в табл. 2.

При решении прямой задачи при расчете кривой подпора типа глубина в начале кривой h_нач принимается равной 1,03 h₀, то есть

                                            h_нач =h₁ = 1,03 h₀,

                                            h₁ = 1,03 × 2,75 = 2,83 м

глубина в конце кривой h_кон равна глубине потока у подпорного сооружения. При расчете кривой назначается 3 расчетных сечения. Шаг между глубинами в сечениях назначается

                                        , м

где n – число сечений.

                                        = 0,57 м

 

Задача 10.

Вычисляем ширину регулятора методом приближения.

Вычисляем скорость потока в подводящем канале.

                                          , м/с

                                          = 0,78 м/с

Определяем напор перед  регулятором с учетом скорости подхода.

                                 

где Н = h_к, так как Р=0

       ℒ≈1,1

       ɡ = 9.81 м/с²

                                       = 2,13

Принимаем ширину регулятора ϐ = (0,5…0,8)ϐ_к

                                                       ϐ = 0,6 × ϐ_к = 0,6 × 7 = 4,2

Принимаем коэффициент расхода  водослива m в зависимости от отношения ; и формы сопряжения подводящего канала с водосливом по табл. 19 .

Для сопряжения по типу конуса при отношении радиуса закругления  r/b₀ = 0,05.

Проверяем водослив на подтопление, для этого вычисляется отношение

 

где Н₀ – полный напор, м;

       - глубина подтопления, м;

      

при высоте Р=0, глубина подтопления равна h_б.

Принимаем степень подтопления  по табл. 22.3 .

                                              

=0,825

Вывод: так как =0,825, водослив не подтоплен

Принимаем по табл. 22.4 .

                                           

                                              

                                    

Определяем ширину водослива  в первом приближении.

                                        

где m = 0,35

                               

Сравниваем вычисленное  значение с принятой.

Так как ϐ = 4,2 м ≠ ϐ₁ = 3,11 м вычисляем ширину регулятора во втором приближении.

m = 0,344

                                         

=0,84

Вывод: так как =0,84, водослив не подтоплен

                               

Так как ϐ₁ = 3,11 м ≈ ϐ₂ = 3,16 м расчет окончен.

Задача 11.

Определяем пропускную способность  одного пролета.

                                             м³/с

где Q – расход, м³/с

       n – число пролетов

                                             м³/с

Принимаем коэффициент расхода  водослива m = 0,49.

Принимаем, что водосливная  плотина не подтоплена, коэффициент  подтопления .

Принимаем коэффициент бокового сжатия ℰ = 0,97…0,98

ℰ = 0,98

Напор над гребнем водослива  определяем методом приближения.

Вычисляем напор над гребнем  водослива в первом приближении.