Вопросы. 1. Как зависят потери от скорости при ламинарном и турбулентном режимах?

1. Как зависят потери от скорости при ламинарном и турбулентном режимах?

2. От каких факторов и как зависят потери энергии, коэффициент Дарси и сопротивления по длине при ламинарном режиме? при турбулентном режиме?

3. Что такое местное сопротивление и на что тратится энергия потока при его преодолении?

4. Чем отличаются местные потери напор от потерь по длине водопровода?

5.

2.2. Равномерное движение в открытых руслах Равномерное движение в открытых руслах характеризуется постоянством по длине потока: расхода Q,уклона дна i, глубины наполнения h,размеров сечения ω и его формы; коэффициента шероховатости стенок n. Основная формула равномерного движения имеет вид: (2.24) где I - гидравлический уклон, в случае равномерного движения - уклон дна i; R - гидравлический радиус, равный ω/χ, м; ω - площадь живого сечения потока, м²; χ - длина смоченного периметра, м; С - коэффициент Шези. Величину гидравлического радиуса R в формулы следует подставлять о6язательно в метрах. Величина коэффициента Шези С зависит от ряда факторов, и в первую очередь от шероховатости русла и гидравлического радиуса сечения. Определяется С по формуле Н. Н. IIaвловского или формуле И.И. Агроскина. В формулы для С входит коэффициент шероховатости n, который устанавливается по таблицам на основании, как правило описательных (а не количественных) характеристик поверхности русла. Наиболее применяемые таблицы Н.Н.Павловского, М.Ф. Срибного, Дж. Бредли, В.Т. Чоу и др. При назначении коэффициента шероховатости n по таблицам необходимо учитывать, что его значение носит условный характер, и результаты расчетов будут отличаться от фактических данных. Известно, что значения коэффициента шероховатости весьма изменчивы и зависят от большого числа факторов, которые далеко не всегда учитываются в таблицах. Это шероховатость поверхности, растительность, препятствия, неоднородность размеров и формы русла по длине, а также уровень и расход, взвешенные и донные наносы, ледяной покров.  

Перечислите все известные вам виды местных сопротивлений.

Форма живого сечения, гидравлически наивыгоднейший профиль Равномерное движение имеет место в искусственных водотоках - каналах, напорных и безнапорных тру6ах правильной формы. Обычно каналы строят трапецеидального, параболического или сег­ментного поперечного сечения. Трапецеидальное сечение. Введем следующие обозначения (рис.2.7): b - ширина по дну, м; h -глубина наполнения, м; m = ctg Θ коэффициент заложения откоса. Величина m назначается в зависимости от свойств грунта или из конструктивных соо6ражений. Для основных элементов сечения имеют место следующие соотношения: (2.25) (2.26)

(2.27)

Параболическое сечение. Для русел, смоченный периметр которых очерчен по квадратичной параболе с уравнением у=2рх² (рис.2.8) имеем: р - параметр параболы, h – глубина наполнения, м; В – ширина по верху сечения, м; τ = h/p – относительная глубина.

Для основных элементов сечения имеем следующие соотношения:

(2.28)

(2.29)

N – выражение в квадратных скобках.

(2.30)

(2.31)

При определении χ можно пользоваться вспомогательной таблицей 1:

Таблица 2.4

Значения величины N = в зависимости от τ

	N		N		N		N
0.001	0.09	0.15	0.15	0.55	2.44	0.95	3.48
0.005	0.2	0.20	0.34	0.6	2.58		3.61
0.01	0.28	0.25	1.54	0.65	2.71	1.05	3.72
0.02	0.4	0.3	1.71	0.7	2.83	1.1	3.84
0.04	0.57	0.35	1.85	0.75	2.97	1.15	3.97
0.06	0.71	0.4	2.02	0.8	3.1	1.2	4.08
0.08	0.82	0.45	2.16	0.85	3.23	1.25	4.19
0.1	0.93	0.5	2.3	0.9	3.34

Сегментное сечение. Живое сечение представляет собой сегмент с центральным углом φ при радиусе r с глубиной h ≤ r и шириной В ≤ 2r (рис.2.9).

h =

Имеем следующие соотношения:

Безнапорные трубы. Основные обозначения те же, что и для сегментных сечений. Основной характеристикой является степень наполнения а=h/H, где Н = d – полная возможная глубина. Для круглых труб при а ≤ 0.5 получается сегментное сечение.

Гидравлически наивыгоднейшее сечение. Для пропуска заданного расхода Q русло канала с уклоном дна I должно иметь строго определенную площадь жиого сечения w. Однако отдельные размеры такого живого сечения могут иметь самые различные соотношения (см. рис 2.10).

Из формулы для расчета расхода при равномерном движении 2.24 видно, что при заданной площади w и уклоне I наибольший расход пропустит то сечение, которое имеет наибольший гидравлический радиус R (наименьший смоченный периметр χ и, следовательно, минимальную поверхность трения). Такое поперечное сечение русла, которое при заданной площади ω, уклоне I и коэффиценте шероховатости n имеет наибольшую пропускную способность, называется гидравлически наивыгоднейшим.

Основные задачи гидравлического расчета при равномерном движении жидкости сводятся к определению:

A) Q и i, если заданы все элементы живого сечения;

B) одного или двух неизвестных элементов живого сечения, если заданы Q и i;

При этом во всех случаях величина n полагается заданной. Если требуется найти среднюю скорость потока, то она находится из равенства:

(2.32)

При решении задач, связанных с равномерным движением жидкости в безнапорных трубах, целесообразно пользоваться зависимостью

(2.33)

где А – коэффициент, зависящий от формы трубы и степени наполнения а;

К_п = - расходная характеристика при полном наполнении.

Соответственно средняя скорость определяется по формуле:

(2.34)

где В – коэффициент, зависящий от формы трубы и ее наполнения;

- скоростная характеристика при полном наполнении.

Значения характеристик А и В приведены в таблице 2.5. Некоторые значения величин К_п в зависимости от d и n даны в таблице 2.6.

Таблица 2.5

Значения коэффициентов А и В при различных степенях наполнения а

а	Круговое сечение	а	Круговое сечение
А	В	А	В
0.05	0.004	0.184	0.55	0.589	1.045
0.1	0.017	0.333	0.6	0.678	1.084
0.15	0.043	0.457	0.65	0.766	1.113
0.2	0.08	0.565	0.7	0.85	1.137
0.25	0.129	0.661	0.75	0.927	1.152
0.3	0.138	0.748	0.8	0.994	1.159
0.35	0.256	0.821	0.85	1.048	1.157
0.4	0.332	0.889	0.9	1.082	1.142
0.45	0.414	0.948	0.95	1.087	1.108
0.5	0.5	1.000		1.00

Таблица 2.6

Значения К для русел сегментных сечений (для метрических мер)

Диаметр d, м	Площадь поперечного сечения , м^2	Значения расходной характеристики К, м^2/с при различных коэффициентах шероховатости n
0.011	0.02	0.03	0.04
1.00	0.7854	29.806	14.707	8.934	6.185
1.50	1.7672	86.664	44.307	27.638	19.716
2.0	6.1416	184.573	96.618	61.747	44.644
2.5	4.9087	323.123	174.196	112.663	82.338
3.0	7.069	535.31	288.90	188.636	140.02
3.5	9.624	801.7	436.92	288.762	215.18
4.0	12.566	1140.0	628.32	418.67	314.16
5.0	19.635	2049.87	1142.71	707.21	582.86
6.0	28.274	3311.98	1965.37	1270.11	969.02
7.0	38.784	4961.79	2913.88	1926.76	1479.38
8.0	50.266	7062.81	4025.73	2766.80	2133.78
9.0	63.617	9609.39	5501.31	3795.18	2935.30
10.0	78.54	12702.26	7302.86	5051.05	3918.91
12.0	113.097	20427.94	11798.90	8198.57	6359.27
14.0	153.938	30628.30	17703.39	12320.40	9585.74
16.0	201.062	43469.17	25132.43	17532.43	13632.00

Примечание: Значение расходной характеристики К для иных, не указанных в таблице коэффициентов шероховатости могут быть получены с достаточной для ориентировочных расчетов точностью по ближайшему табличному значению путем умножения его на отношение табличного коэффициента шероховатости к заданному.

Задача 1

Определить расход и среднюю скорость в трапецеидальном земляном канале при b, h, m, i. Грунты лессовые среднеплотные. Канал в средних условиях содержания и ремонта.

Задача 2

Определить коэффициент Шези по формулам Павловского и Агроскина при следующих данных: b, h, m, n.

Задача 3

Определить расход и среднюю скорость в земляном канале параболического сечения при h, p, i. Канал в хороших условиях содержания и ремонта. Продольный разрез канала приведен на рисунке.

Дата добавления: 2014-01-05