Реферат: Гидравлический расчёт узла гидротехнических сооружений

СОДЕРЖАНИЕ

1.

Расчёт магистральногоканала.

Проверка канала на условие неразмываемости и незаиляемости.

Проверка канала на заиление.

Определение глубин наполнения канала.

2.

Расчёт распределительного исбросного канала.

Определение глубины наполнения трапецеидального сбросного канала позаданной ширине по дну.

Расчёт распределительного канала методом И.И Агроскина.

Расчёт сбросного канала.

3.

Расчёт кривой свободнойповерхности в магистральном канале.

Определение критической глубины в распределительном канале.

Установление формы кривой свободной поверхности.

Расчёт кривой подпора в магистральном канале методом И.И. Агроскина.

4.

Гидравлический расчёт шлюза-регулятора.

4.1 Определение ширины шлюза – регулятора вголове магистрального канала.

5.

Расчёт водосливной плотины.

Определение гребня водосливной плотины.

Построение профиля водосливной плотины.

6.

Гидравлический расчётгасителей.

Определение формы сопряжения в нижнем бьефе водосливной плотины методомИ.И. Агроскина.

Гидравлический расчёт водобойной стенки (Расчёт длины колодца).

7.

Список используемойлитературы.

Вариант 3(5).

На реке Nпроектируется узелгидротехнических сооружений.

Всостав узла входят:

А) Водосливная плотина.

Б) Водозаборный регулятор с частью магистрального канала.

Магистральный канал подаёт воду наорошение и обводнение подкомандной ему территории. На магистральном каналеустраивается распределительный узел. На сбросном канале, идущем от этого узла,устраивается перепад (схема I).

Схема I

1.

Расчёт магистральногоканала.

В состав расчёта входит:

1.

Определение размеров каналаиз условия его неразмываемости (при Qmax= 1,5Qн) и незаиляемости (при Qmin= 0,75Qн).

2.

Определение нормальных глубиндля заданных расходов и построение кривой

Q =f(h).

Данные для расчёта:

-

Расход Qн= 9,8 м3/сек. Qmax= 14,7. Qmin= 7,35.

-

Уклон дна канала i=0,00029.

-

Грунты – плотные глины.

-

Условие содержания: среднее.

-

Мутность потока r= 1,35 кг/м3.

-

Состав наносов по фракциям в %:

I.

d= 0.25 – <st1:metricconverter ProductID=«0.1 мм» w:st=«on»>0.1 мм</st1:metricconverter> = 3.

II.

d= 0,10 – <st1:metricconverter ProductID=«0,05 мм» w:st=«on»>0,05 мм</st1:metricconverter> = 15.

III.

d= 0,05 – <st1:metricconverter ProductID=«0,01 мм» w:st=«on»>0,01 мм</st1:metricconverter> = 44.

IV.

d= <0,01мм = 38.

-

Глубина воды у подпорного сооружения 3,0 h0.

1.1 Проверка канала на условие неразмываемости инезаиляемости.

1.

Принимаем коэффициент заложенияоткоса канала «m» в зависимости от грунта и слагающего русла каналапо таблице IX[1] m= 1.

2.

Принимаем коэффициентшероховатости “n” в зависимости от условия содержания канала потаблице II[1] n= 0,025.

3.

Принимаем допускаемоезначение скорости на размыв в зависимости от грунта, слагающего русло канала потаблице XVI[1] Vдоп= 1,40 м/с.

4.

Принимаем максимальнуюскорость потока в канале Vmax= Vдоп= 1,40м/с.

5.

Вычисляем функцию <img src="/cache/referats/8159/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><img src="/cache/referats/8159/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

6.

По вычисленному значениюфункции <img src="/cache/referats/8159/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1028">n),определяем допускаемый гидравлический радиус (Rдоп).

Rдоп= <st1:metricconverter ProductID=«2,92 м» w:st=«on»>2,92 м</st1:metricconverter>. Таблица X[1].

7.

Вычисляем функцию <img src="/cache/referats/8159/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1029">

Qmax– максимальный расходканала м3/с.

4m0– определяется по таблице X[1] 4m0= 7,312.

8.

По вычисленному значениюфункции <img src="/cache/referats/8159/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1030">шероховатости ( n), определяем гидравлическинаивыгоднейший радиус сечения по таблице X[1]. Rгн= <st1:metricconverter ProductID=«1,54 м» w:st=«on»>1,54 м</st1:metricconverter>.

9.

Сравниваем Rдоп с Rгни принимаем расчётныйгидравлический радиус сечения (R). Так как Rдоп>Rгнто R<Rгн 2,92 >1,54, принимаем R=1,38.

10.

Определяем отношение <img src="/cache/referats/8159/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1031">

11.

По вычисленномуотношению <img src="/cache/referats/8159/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> определяем отношение <img src="/cache/referats/8159/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1033">XI[1].

12.

Вычисляем ширину канала подну и глубину потока в канале <img src="/cache/referats/8159/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1034">

Принимаем стандартную ширину равную <st1:metricconverter ProductID=«8,5 м» w:st=«on»>8,5 м</st1:metricconverter>.

13.

Определяется глубина потокав канале при пропуске нормального расхода Qнпри принятой ширине каналав м. Для этого вычисляется функция <img src="/cache/referats/8159/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1035">

Далее определяется гидравлическийнаивыгоднейший радиус по таблице X[1]

Rгн= <st1:metricconverter ProductID=«1,31 м» w:st=«on»>1,31 м</st1:metricconverter>. По вычисленному отношению <img src="/cache/referats/8159/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> определяется отношение<img src="/cache/referats/8159/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1037">XI[1]. Нормальная глубина <img src="/cache/referats/8159/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1038">

14.

Определяется глубина потокав канале при пропуске минимального расхода: <img src="/cache/referats/8159/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1039">

При <img src="/cache/referats/8159/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> Rгн= 1,17, таблица XI[1].

Далееопределяем отношение <img src="/cache/referats/8159/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> По этому отношениюопределяем <img src="/cache/referats/8159/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> таблица XI[1].

1.2 Проверка канала на заиление.

1.

Вычисляется минимальнаясредняя скорость течения в канале: <img src="/cache/referats/8159/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1044">

2.

Вычисляется минимальныйгидравлический радиус живого сечения канала: <img src="/cache/referats/8159/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1045">

3.

Определяется гидравлическаякрупность наносов для заданного значения диаметров частиц данной фракции,таблица XVII[1].

Таблица 1.

Состав наносов по фракциям.

Фракции

III

Диаметр, мм.

0,25 – 0,1

0,1 – 0,05

0,05 – 0,01

£0,01

Р, %.

Гидравлическая крупность.

2,7

0,692

0,173

Wd, см/с.

2,7 — 0,692

0,692 — 0,173

0,173 — 0,007

0,007

4.

Определяется осреднённаягидравлическая крупность для каждой фракции.

5.

Определяетсясредневзвешенная гидравлическая крупность наносов:

6.

Принимается условнаягидравлическая крупность наносов. Сравниваем <img src="/cache/referats/8159/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1048"><0,002 м/с, то W0= 0,002 м/с.

7.

Вычисляем транспортирующуюспособность потока: <img src="/cache/referats/8159/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1049">

Сравниваем:<img src="/cache/referats/8159/image050.gif" v:shapes="_x0000_i1051">

1.3

Определение глубинынаполнения канала графическим методом.

Расчёт для построения кривой Q= f(h)ведётся в табличной форме.

Таблица 2.

Расчёт координат кривой Q= f (h).

h, м.

w, м2.

X, м2.

<img src="/cache/referats/8159/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1053">м/с.

Q, м3/с.

Расчетные формулы

0,5

4,5

9,9

0,45

22,72

1,74

8,5

11,3

0,75

32,72

4,73

1,5

12,7

1,18

44,83

11,43

14,1

1,49

52,50

18,74

<img src="/cache/referats/8159/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> — определяется по таблице X[1].

По данным таблицы 2 строится кривая Q = f (h).

По кривой, при заданномрасходе, определяется глубина:

hmax= <st1:metricconverter ProductID=«1,75 м» w:st=«on»>1,75 м</st1:metricconverter> при Qmax= 14,7 м3/с.

hн= <st1:metricconverter ProductID=«1,50 м» w:st=«on»>1,50 м</st1:metricconverter> при Qн= 9,8 м3/с.

hmin= <st1:metricconverter ProductID=«1,25 м» w:st=«on»>1,25 м</st1:metricconverter> при Qmin= 7,35 м3/с.

Вывод: При расчёте максимальной глубины двумяспособами значения максимальной глубины имеют небольшие расхождения, что можетбыть вызвано не точностью округлений при расчёте – расчёт выполнен верно.

2. Расчёт распределительного и сбросногоканалов.

Данныедля расчёта:

Распределительныйканал:

-

ширина по дну b= <st1:metricconverter ProductID=«6,4 м» w:st=«on»>6,4 м</st1:metricconverter>.

-

расход Q= 0,5 Qmaxмагистрального канала – Q= 7,35.

-

Уклон канала i= 0,00045.

-

Грунты – оченьплотные суглинки.

-

Коэффициентшероховатости n= 0,0250.

Сбросной канал:

-

расход Q= Qmaxмагистрального канала Q= 14,7.

-

Уклон дна i=0,00058.

-

Грунты –плотные лёссы.

-

Коэффициентшероховатости n= 0,0275.

-

Отношениеглубины перед перепадом к hкр.

2.1.1 Расчёт распределительного канала методомАгроскина.

1.

m= 1, табл. IX[1].

2.

n = 0,0250.

3.

Вычисляетсяфункция F(Rгн).

4.

Определяетсягидравлически наивыгоднейший радиус по функции <img src="/cache/referats/8159/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1057">

Rгн=1,07, табл. X[1].

5.

Вычисляемотношение <img src="/cache/referats/8159/image061.gif" v:shapes="_x0000_i1058">

6.

По отношению <img src="/cache/referats/8159/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> по таблице XI[1]определяем отношение <img src="/cache/referats/8159/image065.gif" v:shapes="_x0000_i1060">

7.

2.1.2 Расчёт сбросного канала.

1.

m= 1, таблица IX[1].

2.

n= 0,0275. 4m0=7,312.

3.

Вычисляемфункцию <img src="/cache/referats/8159/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1062">: <img src="/cache/referats/8159/image069.gif" v:shapes="_x0000_i1063">

4.

Определяемгидравлически наивыгоднейший радиус по таблице X[1] по функции <img src="/cache/referats/8159/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1064">Rгн= 1,35.

5.

Принимаемрасчётный гидравлический радиус сечения R= Rгн; <img src="/cache/referats/8159/image071.gif" v:shapes="_x0000_i1065">

6.

По отношению <img src="/cache/referats/8159/image073.gif" v:shapes="_x0000_i1066"><img src="/cache/referats/8159/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1067">XI[1]. <img src="/cache/referats/8159/image077.gif" v:shapes="_x0000_i1068"><img src="/cache/referats/8159/image079.gif" v:shapes="_x0000_i1069">

3. Расчёт кривой подпора в магистральном каналеметодом Агроскина.

3.1

Исходные данные: (из расчёта магистрального канала).

-

Расход Q= 9,8 м3/сек.

-

Ширина канала по дну bст= <st1:metricconverter ProductID=«8,5 м» w:st=«on»>8,5 м</st1:metricconverter>.

-

hн= h0=1,42 м.

-

коэффициент заложения откоса m= 1.

-

Коэффициент шероховатости n= 0,025.

-

Уклон дна канала i=0,00029.

-

Глубина воды у подпорного сооружения hн= 3,0h0=3 ×1,42 = <st1:metricconverter ProductID=«4,26 м» w:st=«on»>4,26 м</st1:metricconverter>.

-

Коэффициент Кориолиса a = 1,1.

-

Ускорение свободного падения g= 9,81 м/с2.

Наиболее простым способом является расчёткритической глубины методом Агроскина.

Критическая глубина для каналапрямоугольного сечения определяется по формуле:

Безразмернаяхарактеристика <img src="/cache/referats/8159/image085.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> вычисляется по формуле<img src="/cache/referats/8159/image087.gif" v:shapes="_x0000_i1073">

Изэтого следует: <img src="/cache/referats/8159/image089.gif" v:shapes="_x0000_i1074">

3.2

Знак числителя дифференциального уравненияопределяется путём сравнения глубины потока у подпорного сооружения hnс нормальной глубиной h0.

Знак знаменателя дифференциальногоуравнения определяется путём сравнения глубин потока у подпорного сооружения hnс критической глубиной. Так как hn= 4,26 >h0=1,42, то k>k0, <img src="/cache/referats/8159/image093.gif" v:shapes="_x0000_i1076">

Таккак hn= 4,26 >hкр=0,519, то поток находится в спокойном состоянии Пк <1, знаменатель выражения (1) положительный (+).

<img src="/cache/referats/8159/image095.gif" v:shapes="_x0000_i1077"> в магистральном каналеобразуется кривая подпора типа A1.

3.3 Расчёт кривой подпора в магистральномканале методом И.И. Агроскина.

Гидравлический показатель русла (x) принимаем равным 5,5.

При уклоне i >0 расчётканала ведём по следующему уравнению:

<img src="/cache/referats/8159/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1078">e1-2– расстояние между двумя сечениями потока сглубинами h1и h2, м.

а – переменная величина, зависящаяот глубины потока.

i– уклондна канала = 0,00029.

z–переменная величина зависящая от глубин потока.

<img src="/cache/referats/8159/image099.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> — среднее арифметическое значение фиктивного параметракинетичности.

f(z) – переменная функция.

Переменная величина aопределяется по формуле: <img src="/cache/referats/8159/image101.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> , где h1и h2–глубина потока в сечениях.

z1и z2– переменные величины в сечениях между которымиопределяется длина кривой свободной поверхности.

где<img src="/cache/referats/8159/image105.gif" v:shapes="_x0000_i1082">1,532 табл. XXIII(а)[1].

h– глубина потока в рассматриваемом сечении, м.

s — безразмернаяхарактеристика живого сечения.

h0–нормальная глубина = 1,42.

s0 — безразмерная характеристика.

4

Гидравлический расчёт шлюза – регулятора в голове магистрального

канала.

4.1

В состав расчёта входит:

1.

Определениерабочей ширины регулятора при максимальном расходе в магистральном канале. Щитыполностью открыты.

Данные для расчёта:

-

Расход Qmax= 14,7 м3/с.

-

Стандартнаяширина магистрального канала bк= <st1:metricconverter ProductID=«8,5 м» w:st=«on»>8,5 м</st1:metricconverter>.

-

hmax= <st1:metricconverter ProductID=«1,80 м» w:st=«on»>1,80 м</st1:metricconverter>.

-

коэффициентоткоса m= 1.

-

Dz= (0,1 – <st1:metricconverter ProductID=«0,3 м» w:st=«on»>0,3 м</st1:metricconverter>) = 0,1м.

-

Формасопряжения подводящего канала с регулятором: раструб.

Порядокрасчёта:

1.

Определяетсянапор перед шлюзом регулятором H= hmax+ Dz= 1,80 + 0,1 = <st1:metricconverter ProductID=«1,9 м» w:st=«on»>1,9 м</st1:metricconverter>.

2.

Определяетсяскорость потока перед шлюзом регулятором: <img src="/cache/referats/8159/image109.gif" v:shapes="_x0000_i1084">

3.

Определяетсяполный напор перед регулятором: <img src="/cache/referats/8159/image111.gif" v:shapes="_x0000_i1085"> a= 1,1.

4.

Проверяетсяводослив на подтопление, для чего сравнивается отношение <img src="/cache/referats/8159/image113.gif" v:shapes="_x0000_i1086">

D — глубина подтопления.

P – высота водослива со стороны НБ.

5.

Вычисляемвыражение: <img src="/cache/referats/8159/image115.gif" v:shapes="_x0000_i1087">

Где sп–коэффициент подтопления.

m– коэффициент расхода водослива.

b– ширина водослива.

H0–полный напор.

Дальнейшийрасчёт ведётся в табличной форме.

Таблица4.1

Расчётдля построения графика зависимости <img src="/cache/referats/8159/image117.gif" v:shapes="_x0000_i1088">f(b).

b, м.

таб.8.6[1]

<st1:place w:st=«on»>K2</st1:place>

таб.8.7[1]

Подтопление водослива

sп

таб.22.4[1]

Примечание

Подтоплен

Не подтоплен

6,8

0,369

0,76

0,81

2,03

5,95

0,365

0,77

0,79

1,71

5,1

0,362

0,81

0,80

1,48

4,25

0,358

0,82

0,81

1,23

Водослив считается подтопленным если <img src="/cache/referats/8159/image121.gif" v:shapes="_x0000_i1091">

По данным таблицы 4.1 строится графикзависимости и по графику определяется искомая ширина b. <img src="/cache/referats/8159/image123.gif" v:shapes="_x0000_i1092">

5. Расчёт водосливной плотины.

В состав расчёта входит:

1.

Выбор ипостроение профиля водосливной плотины (без щитов).

2.

Определениеширины водосливной плотины и определение щитовых отверстий при условии пропускарасхода Q= Qmax.

Исходныеданные:

1.

Уравнение <img src="/cache/referats/8159/image127.gif" v:shapes="_x0000_i1094"> для реки в створеплотины: — коэффициент «а» 12,1.

-

коэффициент «b» 20.

2.

Расход Qmax= 290 м3/с.

3.

Отметкагоризонта воды перед плотиной при пропуске паводка ПУВВ – <st1:metricconverter ProductID=«60,3 м» w:st=«on»>60,3 м</st1:metricconverter>.

4.

Ширина реки встворе плотины, В – <st1:metricconverter ProductID=«24 м» w:st=«on»>24 м</st1:metricconverter>.

5.

Ширина щитовыхотверстий 5,0.

6.

Толщинапромежуточных бычков t, 1,0 – <st1:metricconverter ProductID=«1,5 м» w:st=«on»>1,5 м</st1:metricconverter>.

7.

Тип гасителя внижнем бьефе: водобойная стенка.

Порядокрасчёта:

I.

Выбор профиляводосливной плотины.

Водосливнаяплотина рассчитывается по типу водослива практического профиля криволинейногоочертания (за расчетный принимаем профиль I).

Полнаяхарактеристика: водослив практического профиля, криволинейного очертания, сплавным очертанием оголовка, безвакуумный.

II.

Определение бытовой глубины в нижнем бьефе плотины (hб).

Дляопределения (hб) при заданном расходе необходимо по заданномууравнению <img src="/cache/referats/8159/image127.gif" v:shapes="_x0000_i1095"> построить графикзависимости Q= f(hб). Расчёт координат этого графика ведётся втабличной форме.

Табл.5.1

Расчёткоординат графика зависимости функции Q = f(hб).

hб, м.

hб2

ahб2

bhб2

12,1

32,1

48,4

88,4

108,9

168,9