Расчёт безнапорных потоков
Расчёт безнапорных потоков состоит в решении совместной задачи о пропуске расхода q при допустимых скоростях потока v и геометрических уклонах iгеом днища труб, каналов и т.д. Безнапорные (со свободной поверхностью) потоки наблюдаются в канализационных трубах, дорожных лотках, каналах; в природе — в реках, ручьях.
При расчёте безнапорных потоков вводится допущение о равномерном движении потока: геометрический уклон дна iгеом считается равным уклону свободной поверхности (пьезометрическому уклону) и гидравлическому уклону i . Другими словами, поверхность дна 1, свободная поверхность потока 2 и напорная линия 3 параллельны друг другу (рис. 16). Это упрощает расчёт, так как определяя гидравлический i, автоматически находят уклон дна iгеом.
Подчеркнём, что безнапорный поток имеет напоры! Дело в том, что термин «безнапорный» является традиционным, правильнее же его называть «поток со свободной поверхностью». Например, на рис. 16 в точках потока А и В напоры существуют, и их отметки могут быть зарегистрированы трубками Питó соответственно НАи НВ. Разность напоров НА – НВравна линейной потере напора hl на участке потока длиной l. Величина hl по принятому допущению равна Dz — разности высотных отметок дна в начале и конце участка, так как i = hl /l , iгеом = Dz/l, а i = iгеом.
Местные потери напора hм возникают в безнапорных потоках так же, как и в напорных, в местах резкой деформации потока: на поворотах, в тройниках, крестовинах, местных сужениях и т.д. Однако в расчётах безнапорных потоков величины hм обычно не учитывают.
При проведении гидравлического расчёта безнапорных потоков вводятся ограничения по скорости v (м/с), наполнению h/d (см. рис. 7,в) и уклону iгеом. Например, при расчёте канализационных труб должны быть выполнены три таких ограничения:
где dмм — внутренний диаметр трубы в мм.
Для расчётабезнапорныхпотоков широко применяется формула Шезú:
,
где R — гидравлический радиус (м); С — коэффициент Шезú.
Коэффициент Шезú можно определить по формуле Маннинга
,
где n — коэффициент шероховатости стенок трубы или канала;
R — гидравлический радиус, подставляемый вметрах.
Скорость потока связана с расходом соотношением вида
v = q/w.
Таким образом, приведённые формулы позволяют осуществлять гидравлический расчёт любых безнапорных потоков. Обычно для расчётов используются вспомогательные таблицы или номограммы, составленные на основе формулы Шези.
Отметим, что формула Шези справедлива для потоков с турбулентным режимом. Таких потоков на практике подавляющее большинство.
Теория фильтрации
Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 1594;