Тема 8. Витікання рідини з отворів та насадків. Водозливи.

Умови забезпечення постійного та змінного напору.

Поняття про малі та великі отвори, повне та неповне стискання, затоплені та незатоплені отвори. Коефіцієнти швидкості, витрати, стискання.

Призначення та типи насадків.

Розрахункові формули визначення швидкості та витрат при витіканні з затоплених та незатоплених отворів та насадків при постійному напорі.

Витікання рідини з отворів та насадків при змінному напорі.

Водозливи. Класифікація та розрахунки.

 

 

Витікання рідини з отворів та насадків

Отвір вважають малим, якщо його характерний розмір (висота або діаметр) значно менше напору - не більше . Тонкою стінкоювважають таку, у якої отвір має загострену крайку; тоді струмінь, що витікає з отвору, долає лише місцеві опори.

Насадком називають коротку трубу, приєднану до отвору в тонкій стінці для збільшення напору рідини, що витікає. Довжина насадка дорівнює трьом - п'яти діаметрам отвору.

За формою насадок може бути зовнішнім циліндричним, внутрішнім циліндричним, конічним збіжним, конічним розбіжним і коноїдальним.

Постійний напір Н забезпечується рівнянням притоку та відтоку рідини (q = Q).

Швидкість та витрата при витіканні рідини через насадки або через малий отвір у тонкій стінці при постійному напорі визначається за формулами:

,

,

де - коефіцієнт швидкості, - коефіцієнт витрати. Значення цих коефіцієнтів залежить від типу отвору або насадку.

Якщо посудина з рідиною знаходиться під тиском р_O, напір над віссю отвору або насадку Н, тоді витрата буде дорівнюватиме:

,

де .

Час спорожнення резервуару з площею горизонтального перерізу , у дні якого влаштований отвір площею , початковим напором над віссю отвору , а кінцевим - , при відсутності притоку рідини за час спорожнення резервуара, можна розраховувати за формулою:

.

З цього випливає, що час повного спорожнення резервуару (при ):

, або ,

де W - об’єм резервуару; Q - витрата рідини при початковому напорі.

При витіканні рідини через великі отвори прямокутної форми:

,

де - напір над нижнім краєм отвору, - напір над верхнім краєм отвору, b – ширина отвору.

 

 

Тема 9. Рух рідини у відкритих руслах. Фільтрація.

Сталий рівномірний рух у відкритих руслах.

Основні форми перерізу каналів. Гідравлічно найвигідніший переріз.

Задачі з розрахунку каналів.

Рух ґрунтових вод. Види фільтрації.

Основний закон ламінарної фільтрації. Окремі випадки фільтрації.

Основні формули рівномірного руху

Середня в перерізі швидкість: ,

витрата води: ,

де С – швидкісний множник, або коефіцієнт Шезі, який можна визначити певними емпіричними формулами.

Найчастіше застосовують формулу Павловського: ,

де п - коефіцієнт шорсткості; R - гідравлічний радіус; у - показник ступеня, обчислений за формулою:

.

Вирази та позначають швидкісну та витратну характеристику, тому можна записати:

,

.

Середня швидкість руху води у проектованому каналі повинна знаходитися у межах ,

де - мінімальна незамулююча швидкість: ,

- параметр, що залежить від розмірів зважених наносів;

- максимальна нерозмиваюча швидкість, залежить від виду ґрунту або матеріалу, з якого побудований канал.

 

 

Розрахунки каналів

Канали влаштовують різних форм поперечного перерізу: прямокутної, трикутної, трапецеїдальної, напівкруглої. На практиці перерізу каналам надають зазвичай трапецеїдальну або прямокутну форму.

Гідравлічний розрахунок каналів виконують за формулами рівномірного руху.

Основні задачі з розрахунку каналів:

1. Відомі: ухил каналу , ширина каналу по дну , глибина потоку , закладення укосів каналу т, а також коефіцієнт шорсткості п.

Визначити: витрату Q.

Рішення: знаходять , , R і С, далі визначають витрату .

 

2. Відомі: витрата Q, ширина каналу по дну , глибин потік , закладання укосів каналу т, а також коефіцієнт шорсткості п.

Визначити: ухил каналу .

Рішення: знаходять , , R, К, ухил за формулою .

 

3. Відомі: витрата Q, ухил , закладення укосів каналу т, коефіцієнт шорсткості п.

Визначити: нормальну глибину або ширину каналу по дну .

Рішення: задачу можна вирішити методом підбору. Задаючись різними значеннями глибини , знаходять , , R, С, Q. Розрахунок виконують до значення глибини, за якої розрахункова витрата буде дорівнювати заданій Q.

Задача спрощується при побудові графіка залежності Q від . Визначається мінімум три значення витрати при відповідних заданих . За даними розрахунків будується графік = f(Q). Відкладаючи на графіку задану величину Q, знаходять невідому .

Аналогічно вирішують завдання по визначенню ширину каналу по дну.

 

Розрахункові формули для визначення живого перерізу та змоченого периметру для каналів прямокутного перерізу:

;

;

.

Для каналів трапецеїдального перерізу:

;

;

де - ширина каналу по дну;

- глибина наповнення каналу;

m – коефіцієнт закладення укосів.

 

Гідравлічно найвигіднішим перерізом каналу називається такий, що при однакових з іншими перерізами площі живого перерізу потоку, шорсткості та ухилі дна має найбільшу пропускну здатність. Це відбувається при найменшій площі живого перерізу. Тоді гідравлічно найвигідніший переріз каналу має найменший змочений периметр.

Гідравлічно найвигідніший переріз каналу трапецеїдальної форми забезпечується при співвідношеннях:

,

.

 

Для каналів із прямокутною формою поперечного перерізу гідравлічно найвигідніший переріз забезпечується за умови .

Загальні методичні вказівки