Расчет отверстия и геометрических размеров водопропускных труб

Расход воды в отверстии сооружения определяется высотой подпора воды над входным оголовком.

По принятым расчётным расходам определяем вид трубы, её геометрические размеры, глубину перед трубой и скорость воды на выходе по [2].

Для трубы на ПК 1+70: Q_расч = 17,369 м³/с => труба прямоугольной формы, с размерами 2,5х2,0 м, глубина воды перед трубой 2,6380 м, скорость воды на выходе из трубы 4,6925 м/с.

Для трубы на ПК 3+51: Q_расч = 24,991 м³/с => труба прямоугольной формы, с размерами 4,0х2,5 м, глубина воды перед трубой 2,4756 м, скорость воды на выходе из трубы 4,6057 м/с.

Для трубы на ПК 6+85: Q_расч = 12,09 м³/с => труба прямоугольной формы, с размерами 2,5х2,0 м, глубина воды перед трубой 2,0641 м, скорость воды на выходе из трубы 4,1672 м/с.

Определение пропускной способности трубы

Безнапорный режим характеризуется незатопленным входным отверстием и работой трубы неполным сечением, что отвечает условию:

(22)

где H – подпор перед трубой, м;

h_тр – высота трубы в свету, м.

Принимаем наиболее максимальный расход для определения диаметра трубы. Принимаем по выбранному расходу диаметр трубы и скорость воды на выходе.

Критическая скорость определяется по формуле:

(23)

где V_кр – критическая скорость, м/с

V_с – скорость в сжатом сечении, м/с.

Критическую скорость определяем по формуле (23):

Для трубы на ПК 1+70: ;

Для трубы на ПК 3+51: ;

Для трубы на ПК 6+85: .

Критическая глубина определяется по формуле:

(24)

где h_кр – критическая глубина, м;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Критическую глубину определяем по формуле (24):

Для трубы на ПК 1+70: ;

Для трубы на ПК 3+51: ;

Для трубы на ПК 6+85: .

Глубина воды в сжатом сечении определяется по формуле:

(25)

где h_с – глубина воды в сжатом сечении, м;

Глубину воды в сжатом сечении определяем по формуле (25):

Для трубы на ПК 1+70: ;

Для трубы на ПК 3+51: ;

Для трубы на ПК 6+85: .

Подпор воды перед трубой определяется по формуле:

(26)

где Н – подпор воды перед трубой, м;

φ – коэффициент скорости, равный 0,97.

Подпор воды перед трубой определяем по формуле (26):

Для трубы на ПК 1+70: ;

Для трубы на ПК 3+51: ;

Для трубы на ПК 6+85: .

Производят проверку выбранной трубы на высоту подпора трубы по формуле (22):

2,011 ≤ 1.2∙h_тр1 = 1.2∙2.5 = 3.0, следовательно, режим течения воды в трубе

безнапорный.

1,936 ≤ 1.2∙h_тр2 = 1.2∙2.5 = 3.0, следовательно, режим течения воды в трубе

безнапорный.

1,586 ≤ 1.2∙h_тр3 = 1.2∙2.5 = 3.0, следовательно, режим течения воды в трубе

безнапорный.

Проверка удовлетворяет условию, исходя из этого, делаем вывод, что режим протекания во всех трубах безнапорный.

Рисунок 8 – Протекание воды в трубе при безнапорном режиме.

Пропускная способность труб прямоугольного сечения при безнапорном режиме определяется по формуле:

(27)

где b – ширина трубы, м.

Для трубы на ПК 17+10: ;

Для трубы на ПК 17+10: ;

Для трубы на ПК 23+42: .