Определение скорости течения в канале

Средняя скорость по живому сечению в канале V, м/с, определяется по формуле

, (19)

где ω – площадь живого сечения, в котором необходимо определить скорость.

Как правило, скорость необходимо знать, чтобы выяснить, является она размывающей или нет. Допускаемой (неразмывающей) скоростью V_доп называют верхний предел средней скорости потока в канале (канаве), определяемый из условия отсутствия размыва потоком грунта канала (канавы) и укрепления [17]. Существуют различные методики определения допускаемых скоростей [17]:

– формула Б.И. Студенчикова;

– формула А.М. Латышенкова;

– формула Ц.Е. Марцхулавы;

– и др.

Утверждённые МПС Временные нормы допускаемых (неразмывающих) средних скоростей течения воды для несвязных и связных грунтов и для искусственных укреплений [11, 17] приведены в прил. 6.

При выполнении курсовой работы студентам необходимо определить скорости течения при нормальной и критической глубинах, используя формулы (2) и (19), и сравнить их с допускаемыми (неразмывающими) значениями. В результате анализа сделать вывод о необходимости дополнительного укрепления дна и откосов подводящего канала (канавы).

Быстроток

При значительных расходах воды или больших уклонах, при наличии в воде твёрдых включений и благоприятных геологических условиях, обеспечивающих устойчивое положение круто наклоненного лотка, наиболее целесообразны быстротоки.

Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном дна больше критического ( > ) [16, 19].

Быстротоки могут быть призматические и непризматические. Призматические быстротоки представляют собой водопроводящие сооружения (естественные или искусственные русла, лотки постоянного сечения, водопропускные трубы), уклоны которых больше критического.

Искусственные быстротоки могут сооружаться железобетонными, бетонными, каменными, иметь типовую бетонную конструкцию и служить как для подведения воды к водопропускному сооружению в косогорных условиях, так и для отведения воды из водоотводных канав или водопропускных сооружений.

Непризматические быстротоки также могут быть железобетонными, бетонными и каменными; устраиваются они в качестве переходных участков, при помощи которых поток сужается перед входом в сооружение или расширяется на выходе из него.

Поперечное сечение быстротока может отличаться от примыкающих к нему участков канала (подводящего и отводящего). В этом случае устраивают переходные участки, пользуясь при их расчётах рекомендациями по расчёту сужающихся и расширяющихся бурных потоков на входе быстротока и выходе потока жидкости с быстротока [11, 17, 19].

Ширина лотка быстротока может быть задана или определена из условия поддержания необходимой глубины потока в концевой части подводящего канала, т.е. исходя из условия поддержания в подводящем канале равномерного движения. Если ширина и глубина быстротока не ограничена и не определяется конструктивными соображениями, то принимают гидравлически наивыгоднейшее сечение (ГНП).

Уклон для входного участка быстротока (рис. 10) принимают равным уклону дна подводящего канала. Глубина в конце входной части (на изломе) принимается равной критической (в случае курсовой работы ), а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате глубина на изломе дна равна .

При резком изменении уклона дна движение воды становится неравномерным. Поэтому расчёт водоската заключается в определении на нём глубин и скоростей потока на характерных участках и основная задача сводится к расчёту и построению кривой свободной поверхности на быстротоке.

Скорость течения в лотке быстротока бывает высокой и требует применения соответствующего материала для его изготовления. Чаще всего это бетон. Из технико-экономических соображений бетонные быстротоки устраивают прямоугольного сечения ( ).

Рис. 10. Схема быстротока с подводящим и отводящим каналами

При высоких скоростях течения воды на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха и в результате этого образуется водно-воздушная смесь. Это явление (аэрация) приводит к увеличению глубин, что необходимо учитывать в расчётах. Коэффициент шероховатости стенок и дна канала для аэрированного потока приближенно определяется по формуле

, (20)

где a – коэффициент аэрации, зависит от уклона быстротока .

По данным А. А. Ничипоровича [11], коэффициент а можно принимать по табл. 6 в зависимости от уклона быстротока и гидравлического радиуса R.

Таблица 6

Значения коэффициента аэрации а

Гидравлический радиус, м	Уклон быстротока
0,1 – 0,2	0,2 – 0,4	Больше 0,4
0,1 – 0,3	1,33	1,33	2,0
Меньше 0,1	1,33	2,0	3,3

Высоту стенок быстротока принимают с некоторым запасом, например, в 25 см, чтобы вода не вытекала на прилегающую местность.

Когда быстроток используется как самостоятельное сооружение и за ним в отводящем канале возникает гидравлический прыжок, то для сокращения участков крепления в конце быстротока или в начале отводящего канала устраивают водобойные стенки или водобойные колодцы.

В данной курсовой работе студентам предлагается выполнить и последовательно оформить расчёт быстротока при условии формирования установившегося неравномерного движения потока.