Рівномірний рух рідини у відкритих руслах

1.1. Визначення елементів живого перерізу потоку і допустимих середніх швидкостей течії

У руслах трапецеїдального поперечного перерізу рис. 1.1, при однаковій крутизні відкосів площа живого перерізу визначається за виразом (1.1)

 

Рис. 1.1

 

,                                           (1.1)

змочений периметр розраховують

,                                   (1.2)

ширина русла по вільній поверхні рідини

,                                          (1.3)

де в – ширина русла по дну; m – коефіцієнт закладення відкосів , h – глибина течії у даному перерізі.

При різній крутизні відкосів (рис. 1.2) площа живого перерізу визначається за виразом (1.4)

 

Рис. 1.2

 

,                                         (1.4)

де                                                  ,                                              (1.5)

змочений периметр

.                   (1.6)

Ширина русла по вільній поверхні рідини

.                                          (1.7)

При визначенні геометричних елементів русел прямокутного і трикутного поперечного перерізу (рис. 1.3) використовують ті ж залежності, що і для русел трапециїдального поперечного перерізу, маючи на увазі що m = 0 (для прямокутного), або в = 0 (для трикутного).

 

Рис. 1.3

 

Для русел криволінійного поперечного перерізу безпосереднє визначення елементів живого перерізу течії дуже складне. Для типових перерізів, таких як коло, коритоподібне, овоїдальне та інші складають допоміжні таблиці (додатки 27, 28, 29). У цих таблицях залежно від відносної глибини наповнення  подаються: відносна площа живого перерізу рівна

,

відносний змочений периметр

,

відносна ширина русла по вільній поверхні рідини

,

відносний гідравлічний радіус

.

 Гідравлічний радіус і середня в перерізі швидкість для русел будь-якого поперечного перерізу

.                                                 (1.8),

.                                                               (1.9)

 

Допустимі нерозмиваючі середні в перерізі швидкості протікання води V_доп залежить від характеру ґрунту або типу укріплення русла і глибини водотоку (додаток 30). Наведені у таблиці додатку 30 значення швидкостей інтерполювати не треба. Якщо на початку розрахунку глибина потоку невідома, приймають значення V_доп = 0,4 м/с.

Допустимі незамулюючі середні в перерізі швидкості протікання води V_min залежать від кількості завислих речовин, їх розмірів, витрати і глибини течії. Для визначення цих швидкостей існує ряд залежностей і таблиць. Деякі з них наведені в додатках 31, 32.

Якщо насиченість течії насосами з діаметром часток, більшим за 0,25 мм не перевищують 0,01% за вагою, то

,                                  (1.10)

де R - дано в метрах, а значення множника наведені в додатку 5.

Допустимі незамулюючі швидкості можна визначати за залежністю А.С. Гіршкана:

,                                      (1.11)

де Q – витрата, м³/с; А – коефіцієнт, який залежить від гідравлічної крупності насосів (додаток 33).

Допустимі незамулюючі середні в перерізі швидкості V_min в м/с за даними В.Н. Гончарова (додаток 32).

 

Вихідні дані для проведення розрахунку приведені додаток 50.