Гидравлические сопротивления и потери напора

При движении жидкости в реках, каналах, лотках, трубах и т.п. происходят затраты энергии потока на преодоление сопротивлений движению, вызывая потери напора, возникающие при движении жидкости. Гидравлическое сопротивление можно разделить на два вида: сопротивления по длине потока и местные сопротивления. Сопротивления по длине потока обусловливаются силами трения о дно и стенки русла и зависят от длины потока и шероховатости русла. Местные сопротивления вызываются местными препятствиями течению воды (поворотом русла, резким его расширением или сужением и др.). В соответствии с видами потерь напора выделяются два вида сопротивлений: по длине потока h _дл и местные h _м.

Общие потери напора h _тр равны их сумме:

h _тр = h _дл + h _м (17)

Потери напора по длине потока зависят от скорости V, гидравлического радиуса R, шероховатости стенок (русла), в которых движется поток, его длины l и плотности жидкости.

формула Шези:

                     (28)

где V - средняя скорость потока; R - гидравлический радиус; i - уклон поверхности воды или дна потока; С - скоростной коэффициент.

Скоростной коэффициент можно вычислить по формуле Н.Н.Павловского или И.И. Агроскина.

1. Формула Н.Н. Павловского:

                      (29)

где n - коэффициент шероховатости русла, изменяющийся в зависимости от его состояния (см. прил. I); R - гидравлический радиус; у - переменный показатель степени, определяемый по формуле:

      (30)

 

2. Формула И.И. Агроскина:

                    (31)

 

Для предварительных расчетов С можно определить по таблице (приложение 2 в учебнике).

Формула Шези имеет большое практическое значение. С помощью ее можно определить расход воды, размеры проводящих каналов, вычислить уклон потока, определить гидравлический радиус.

Для русел, ширина которых превосходит глубину, величину гидравлического радиуса можно заменить средней глубиной потока, и тогда формула Шези примет вид:

         (32)

 

Движение воды в напорных трубах

При напорном движении все сечение трубы занято водой. Напор воды создается или высоким расположением источника воды (пруд, озеро), из которого вода поступает в трубу, или насосами. Напорное движение встречается в водопроводных трубах, дождевальных трубопроводах, фонтанах и пр.

При напорном движении воды по трубам, как и в открытых водотоках, происходят потери напора. При подаче воды по трубам и поступлении ее под уровень (рис. 7) общий напор Н (энергия напора) полностью затрачивается на преодоление сопротивлений по длине h_дл и местных сопротивлений h_м на входе и выходе.

Рис. 7. Схема формирования и потерь напора при истечении под уровень