Определение критического уклона
Критическим уклоном iк называется такой уклон, при котором заданный расход проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной
[16], т.е. при соблюдении равенства
. (14)
Определение критического уклона должно быть произведено:
а) непосредственно по формуле
, (15)
где при предварительно найденной критической глубине для данного русла и при заданном расходе
определяются следующие величины:
,
,
по соответствующим формулам (2), (3), (6), (7);
б) и по уравнению
, (16)
где необходимо определить ещё величину ширины потока поверху , используя формулу (13).
Вычислив значения критического уклона двумя методами, необходимо принять окончательное решение и назначить уклон на подводящем канале.
Вывод о состоянии потока
Различают три состояния потока в условиях протекания жидкости по комплексу водоотводных сооружений:спокойное, критическое, бурное [16, 19]. Для вывода о состоянии потока необходимо проанализировать соотношение нормальной глубины и критической глубины
на подводящем канале. Для правильности вывода проверить соотношение заданного уклона дна русла
и вычисленного критического уклона
.
3.1.5. Расчёт канала гидравлически наивыгоднейшего
профиля (поперечного сечения)
Гидравлически наивыгоднейшим профилем (ГНП) называется такое сечение, у которого при заданной площади поперечного сечения и уклоне
расход
оказывается наибольшим [16, 18].
Малые каналы дорожного и аэродромного водоотвода целесообразно проектировать с гидравлически наивыгоднейшим сечением.
Для трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего сечения относительная ширина определяется по формуле
. (17)
При заданной площади живого сечения и уклоне дна
расход
, средняя скорость течения V, гидравлический радиус
будут наибольшими, а смоченный периметр
– наименьшим. Выполняя расчёт ГНП для трапецеидального сечения, гидравлический радиус принимают равным половине глубины канала:
[20].
Для определения гидравлически наивыгоднейшего сечения, т.е. и
, воспользуемся графоаналитическим способом. Расчёт выполняют в следующем порядке:
1) Задаваясь числовыми значениями произвольно выбранных глубин h1, h2, h3,… определяем соответствующие числовые значения расходов Q1, Q2, Q3,…, используя формулы (1, 2, 3). Полученные значения должны создать такой числовой интервал, в который войдёт величина . При определении площади живого сечения использовать ширину канала (канавы), вычисленную с учётом относительной ширины.
Для удобства расчёт сводится в табл. 5.
Таблица 5
Расчёт расхода Q для трапецеидального участка водоотвода
Расчетная формула | Единица измерения | Назначаемые и определяемые величины | |||
h1 | h2 | h3 | h4 | ||
h | м | ||||
![]() | м | ||||
![]() | м2 | ||||
![]() | м | ||||
![]() | м0,5/с | ||||
![]() | м3/с |
2) Строим график по значениям заданных глубин и соответствующих им расходам (рис.8).
3) На построенном графике по оси откладываем числовое значение заданного расхода
, поднимаем вертикаль до пересечения с кривой
и с оси глубин снимаем числовое значение гидравлически наивыгоднейшей глубины (см. рис. 8).
4) Определяем гидравлически наивыгоднейшую ширину, используя числовое значение относительной ширины:
. (18)
Рис. 8. График зависимости расхода жидкости
от глубины в трапецеидальном канале (канаве)
Для проверки правильности расчёта студентам рекомендуется построить гидравлически наивыгоднейшее поперечное сечение (ГНП) и совместить его с поперечным сечением для заданной ширины канала понизу b и вычисленной нормальной глубины (рис. 9).
Рис. 9. Пример построения ГНП с наложением поперечного
сечения канала с нормальной глубиной и заданной шириной
Для построения горизонтальный и вертикальный масштабы рекомендуется принять одинаковыми и равными 1:10 или 1:20. Построение выполнить с учётом заданного коэффициента откоса m.
В современных расчётах гидравлически наивыгоднейшее сечение определяют по номограммам [17] или используя упрощённую формулу, в которой учтены расход, уклон дна канала и заложение откоса с коэффициентом шероховатости поверхности [11, 18].
Опыт показывает, что если гидравлически наивыгоднейшая глубина возрастает по сравнению с нормальной глубиной, то гидравлически наивыгоднейшая ширина уменьшается.