ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ

В курсовой работе следует выполнить расчет водосливной плотины по типу водослива практического профиля, установить характер сопряжения потоков в нижнем бьефе водослива и при необходимости рассчитать гаситель энергии.

Исходные данные: расход воды Q, ширина водослива b, отметки дна нижнего бьефа Ñ_дн, гребня водослива Ñ_гр, уровней воды в верхнем Ñ_ВБ и нижнем Ñ_НБ бьефах.

Q = σ_п ε m В Ö2g H₀^3/2, (4.1)

где m - коэффициент расхода, учитывающий гидравлическое сопротивление водослива и боковое сжатие; принимается по справочным таблицам в зависимости от формы входа в плане (сопряжение по типу обратных стенок, косых плоскостей и др.)/1/;

В - ширина водосливного фронта;

Н₀ - полный напор на водосливе;

H₀ = Н+(au₀²/2g). (4.2)

Геометрический напор на водосливе Н определяется по разности отметок форсированного и нормального подпорного уровня, т.е Н=ÑФПУ-ÑНПУ.

Рисунок 4.1 Схема к расчету водосливной плотины и

сопряжения бьефов

Последовательность расчета:

1) По известному расходу Q, ширине водослива находят удельный расход q=Q/В и вычисляют критическую глубину:

h_к = ³Öq²/g (4.3)

2) Определяют полную удельную энергию потока относительно дна нижнего бьефа:

Е₀ = Р+Н+(u²₀/2g), (4.4)

где Р - высота водослива;

Н – геометрический напор на водосливе

u₀ - скорость подхода воды к водосливу.

3) Определяют глубину в сжатом сечении h_с:

q=jh_сÖ2g(E₀-h_с), (4.5)

где j - коэффициент скорости; принимается в пределах 0,85 - 0,95.

Последнее уравнение относительно h_с следует решить методом подбора. Для этого задаются рядом значений h (не менее 5) и для каждого из них вычисляют q. По результатам расчета строится график зависимости q = f(h), из которого находят искомую величину h_с.

4) По глубине h_с определяют сопряженную с ней вторую глубину:

h^“_с = 0,5h_с(Ö1+8(h_к/h_с)³ -1 (4.6)

Примечание: сжатая глубина h_с и сопряженная с ней глубина h_с^" может быть определена с использованием таблиц И.И. Агроскина /3/. Для этого вычисляют функцию относительной глубины:

Φ(τ_с) = q/φЕ₀₁^3/2, (4.7)

где φ – коэффициент скорости; принимается φ =0,85-0,95;

Е₀₁ – удельная энергия потока относительно дна последней ступени; вычисляется по высоте падения струи Р и полному напору Н₀₁:

Е₀₁ =Р + Н₀₁ (4.8)

По найденному значению Φ(τ_с) из таблиц П. XX /3/ или XXIX /4/ определяются относительные глубины (сжатая τ_с и сопряженная с ней τ_с^″ ) и по ним вычисляются h_с и h_с^":

hc'= τсЕ01,

h_c^"= τ_с^"Е₀₁, (4.9)

5) Определяют вид гидравлического прыжка, сравнивая значение второй сопряженной глубины с бытовой глубиной в отводящем канале (при выполнении работы следует принять h_б = (0,75...0,80)h^“_с). Если h^“_с>h_б, проектируют гаситель энергии (водобойную стенку или водобойный колодец)

Расчетом определяется высота стенки Р_ст и расстояние от сжатого сечения до водобойной стенки l_ст.

Высота водобойной стенки:

Р_ст=sh²_c-Н₁, (4.10)

где s – коэффициент затопления прыжка; принимается s=1,05-1,10;

Н₁ – геометрический напор на водобойной стенке; определяется из формулы водослива (2.1) при m=0,40-0,42.

Расчет высоты стенки производится методом последовательных приближений. В первом приближении принимают стенку не затопленной (s_п=1). В дальнейшем находят уточненные значения коэффициента подтопления s_п и высоты стенки.

Расстояние от сжатого сечения до водобойной стенки принимается равным длине подпертого гидравлического прыжка l_ст=3h²_c.

Глубина колодца может быть найдена приближенно по формуле:

d = sh^“_с - h_б, (4.11)

где s - коэффициент; принимается равным s = 1,05 - 1,10.