Кафедра «Гидравлика»

Курсовая работа

«Гидравлический расчет узла гидротехнических сооружений»

Минск 2009

Содержание

Содержание 2

Задание 3

1. Расчет магистрального канала 5

1.1 Определение размеров поперечного сечения 5

1.2 Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего сечения 9

1.3 Определение нормальных глубин для заданных расходов Q_min, Q, Q_max и построение кривой Q=f(h) 9

1.4 Определение типа и построение кривой свободной поверхности 11

2. Расчет сбросного канала 14

3. Расчет водозаборного регулятора 16

4. Расчет многоступенчатого перепада 18

4.1 Расчет входной части (щелевой водослив) 18

4.2 Расчет ступеней 20

Литература 23

Задание

Магистральный канал подает воду на орошение и обводнение подкомандной ему территории. От магистрального канала отходит сбросной канал, в головной части которого устраивается регулятор. На сбросном канале предусматривается сооружение многоступенчатого перепада.

Требуется выполнить гидравлические расчеты следующих гидротехнических сооружений.

1. Расчет магистрального канала

• Определение размеров канала из условия его неразмываемости (Q_max=1,8Q) и незаиляемости (Q_min=0,75Q).

• Определение нормальных глубин для заданных расходов Q_max, Q_min, Q_н и построение кривой Q=f(h).

• Определение типа и построение кривой свободной поверхности.

1. Расчет сбросного канала

Определение размеров трапециидального сбросного канала при заданном β=b/h

1. Расчет водозаборного регулятора

Определение рабочей ширины регулятора при глубинах равномерного движения в магистральном и сбросном каналах при пропуске максимального расхода.

1. Расчет многоступенчатого перепада

• Расчет входной части

• Расчет ступеней

• Расчет выходной части

1. Магистральный канал
Расход Qн м3/с	7
Уклон дна канала i	0,0004
Грунты	Плотный лесс
Условия содержания	Среднее
Глубина воды в конце канала	1,2h0
2. Сбросной канал
Q	Qmax
β=b/h	4
Уклон дна канала i	0,0006
3. Водозаборный регулятор
Сопряжение при входе по типу	Конусов
Ширина одного пролета, м.	3,0÷5,0
4. Перепад
Разность отметок дна верхнего и нижнего бьефов	6
Число ступеней	3

регулятор

одноступенчатый перепад

Магистральный канал

Распределители

Водохранилище

перепад

Сбросной канал

Река

Схема гидротехнических сооружений

1. Расчет магистрального канала

Равномерное движение жидкости, т.е. движение, при котором средние скорости v, площади живых сечений ω и глубины h по длине потока остаются неизменными, наблюдается в искусственных призматических руслах (каналах), имеющих большую протяженность.

Основная расчетная формула для равномерного движения жидкости – формула Шези:

C – коэффициент Шези:

n – коэффициент шероховатости. Для плотного лесса n = 0,02

Наиболее распространенной формой сечения канала является трапецеидальная.

B

m =1,5

h

b

1. О

   m

   пределение размеров поперечного сечения

Определение размеров поперечного сечения сводится к определению ширины по дну и глубины наполнения по заданным параметрам (расход Q, уклон i, коэффициенты шероховатости n и заложения откосов m). При расчетах используется рациональное соотношение β между шириной канала по дну и глубиной наполнения.

Решив это уравнение найдем:

h=1,25 м b=3,38h=4,23 м.

Решив это уравнение найдем:

h=1,72 м ω=1,5h²+4,23h=11,68м².

Изменяем уклон дна, для этого в начале канала сделаем одноступенчатый перепад.

i=0,00015

Решив это уравнение найдем:

h=1,5 м b=3,38h=5,1 м.

Решив это уравнение найдем:

h=2,06 м ω=1,5h²+5,1h=16,81м².

Решив это уравнение найдем:

h=1,29 м ω=1,5h²+5,1h=9,04 м² R=0,93 м.

1.2 Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего сечения

Гидравлически наивыгоднейшее сечение – такое, у которого при заданных ω, i расход Q оказывается максимальным.

Решив это уравнение найдем:

h=3,01 м b=0,61h=1,84 м.

1.3 Определение нормальных глубин для заданных расходов Q_min, Q, Q_max и построение кривой Q=f(h)

i=0,00015

Вычисления удобно свести в таблицу:

h м3/с , м	Q, м3/с
0	0
0,5	1,0037
1	3,3392
1,5	6,9297
2	11,847
2,5	18,188
3	26,059
3,5	35,566
4	46,814
4,5	59,907
5	74,946

По графику можно определить нормальные глубины для заданных расходов.

1.4 Определение типа и построение кривой свободной поверхности

При проведении гидравлических расчетов неравномерного движения, например, при расчете кривых свободной поверхности, сопряжении бьефов, необходимо знать критическую глубину h_кр. Критическая глубина соответствует минимуму удельной энергии сечения и в общем случае определяется из уравнения:

α ≈1

Решив это уравнение найдем:

Критический уклон найдем по формуле:

– обычный канал.

Тип кривой а_I, кривая подпора.

Построение кривой свободной поверхности:

1

2

N

h₁

h₂

K

h₀

N

l

K

1

2

– относительные глубины – средняя кинетичность потока

φ(η) – определяется в зависимости от гидравлического показателя русла X и относительной глубины.

Определение :

h₁=1,5 м h₂=2,06 м С₁=50,4 C₂=52,3 B₁=9,57 м B₂=11,25 м χ₁=10,5 м χ₂=12,5 м

Гидравлический показатель русла:

Задаемся: h₁=1,79 м h₂=1,2 h₀=1,8 м, тогда , φ(η₁)=0,312 φ(η₂)=0,301

Вычисления удобно свести в таблицу:

№	h1	h2	η1	η2	X		φ(η1)	φ(η2)	l
0	1,8	1,8	1,2	1,2	3,7	0,037	0,301	0,301	0
1	1,79	1,8	1,193	1,2	3,7	0,037	0,312	0,301	172,6
2	1,78	1,8	1,187	1,2	3,7	0,037	0,315	0,301	268,2
3	1,77	1,8	1,18	1,2	3,7	0,037	0,323	0,301	411,9
4	1,76	1,8	1,173	1,2	3,7	0,037	0,331	0,301	555,6
5	1,75	1,8	1,167	1,2	3,7	0,037	0,339	0,301	699,3
6	1,73	1,8	1,153	1,2	3,7	0,037	0,357	0,301	1006
7	1,7	1,8	1,133	1,2	3,7	0,037	0,389	0,301	1514
8	1,67	1,8	1,113	1,2	3,7	0,037	0,427	0,301	2080
9	1,65	1,8	1,1	1,2	3,7	0,037	0,456	0,301	2493
10	1,6	1,8	1,067	1,2	3,7	0,037	0,553	0,301	3760
11	1,55	1,8	1,033	1,2	3,7	0,037	0,732	0,301	5817
12	1,507	1,8	1,005	1,2	3,7	0,037	1,231	0,301	10909

2. Расчет сбросного канала