Определение критического уклона

Критическим уклоном i_к 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.