В РУСЛАХ КРУГЛОГО ЗАМКНУТОГО СЕЧЕНИЯ
Безнапорные русла замкнутого сечения находят применение в системах водоотвода сточных, и ливневых вод (водоотводные трубы, коллекторы), в сооружениях гидротехнических, дорожных, коммунального хозяйства.
Наибольшее распространение получили трубы круглого, прямоугольного и овоидального поперечных сечений. Расчет равномерного движения потоков в руслах круглого сечения (рис. 7.5), имеет свои особенности.
Рис. 7.5. Открытый поток в русле круглого замкнутого сечения
Это прежде всего вызвано связью между наполнением русла и формой поперечного сечения. Для упрощения расчета вводится понятие степень наполнения русла: , где - глубина потока жидкости; D - размер русла замкнутого сечения.
Для водоотводных и водопропускных труб геометрические элементы живого сечения выражают через центральный угол (см. рис. 7.5)
. (7.22)
Смоченный периметр и ширина потока по свободной поверхности:
; . (7.23)
Для расчета параметров равномерного движения потоков в руслах замкнутого поперечного сечения используется относительная расходная М и относительная скоростная N характеристики:
; , (7.24)
где , - расходные характеристики при полном наполнении сечения русла при ; К, W - расходные характеристики, соответствующие глубине h.
; . (7.25)
Площадь и смоченный периметр определяются при глубине в трубе , затем гидравлический радиус и коэффициент Шези .
После этого вычислив К и W при разных наполнениях , можно получить величины относительных характеристик М и N.
Для труб круглого замкнутого сечения, используя три безразмерных параметра (наполнение русла а и две относительные характеристики М и N), можно представить функциональную связь между этими безразмерными параметрами: и . В табл. 7.5 и 7.6 приведены относительные характеристики.
Таблица 7.5 - Значения относительных расходных характеристик
для круглых труб
а | 0,0 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 |
0,1 | 0,021 | 0,026 | 0,031 | 0,036 | 0,042 | 0,049 | 0,056 | 0,063 | 0,071 | 0,079 |
0,2 | 0,088 | 0,097 | 0,100 | 0,116 | 0,126 | 0,!37 | 0,148 | 0,159 | 0,171 | 0,183 |
0,3 | 0,196 | 0,209 | 0,222 | 0,235 | 0,249 | 0,263 | 0,277 | 0„292 | 0,307 | 0,322 |
0,4 | 0,337 | 0,353 | 0,368 | 0,384 | 0,400 | 0,417 | 0,433 | 0,450 | 0,466 | 0,483 |
0,5 | 0,500 | 0,517 | 0,534 | 0,551 | 0,568 | 0,586 | 0,603 | 0,620 | 0,637 | 0,655 |
0,6 | 0,672 | 0,689 | 0,706 | 0,723 | 0,740 | 0,756 | 0,773 | 0,789 | 0,803 | 0,821 |
0,7 | 0,837 | 0,853 | 0,868 | 0,883 | 0,898 | 0,912 | 0,926 | 0,939 | 0,953 | 0,965 |
0,8 | 0,977 | 0,989 | 1,000 | 1,011 | 1,021 | 1,030 | 1,039 | 1,047 | 1,054 | 1,060 |
0,9 | 1,066 | 1,070 | 1,073 | 1,085 | 1,086 | 1,075 | 1,071 | 1,066 | 1,057 | 1,042 |
Таблица 7.6 - Значения относительных скоростных характеристик
для круглых труб
а | 0,0 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 |
0,0 | 0,00 | 0,089 | 0,141 | 0,184 | 0,222 | 0,257 | 0,289 | 0,319 | 0,348 | 0,375 |
0,1 | 0,401 | 0,426 | 0,450 | 0,473 | 0,495 | 0,517 | 0,538 | 0,558 | 0,587 | 0,596 |
0,2 | 0,615 | 0,633 | 0,651 | 0,668 | 0,684 | 0,701 | 0,717 | 0,732 | 0,747 | 0,762 |
0,3 | 0,776 | 0,790 | 0,804 | 0,817 | 0,830 | 0,843 | 0,855 | 0,868 | 0,879 | 0,891 |
0,4 | 0,902 | 0,913 | 0,924 | 0,934 | 0,944 | 0,954 | 0,964 | 0,973 | 0,983 | 0,991 |
0,5 | 1,000 | 1,008 | 1,016 | 1,024 | 1,032 | 1,039 | 1,046 | 1,053 | 1,060 | 1,066 |
0,6 | 1,072 | 1,078 | 1,084 | 1,094 | 1,099 | 1,104 | 1,108 | 1,112 | 1,121 | 1,126 |
0,7 | 1,120 | 1,123 | 1,126 | 1,129 | 1,131 | 1,137 | 1,135 | 1,137 | 1,138 | 1,139 |
0,8 | 1,140 | 1,140 | 1,139 | 1,138 | 1,138 | 1,137 | 1,336 | 1,34 | 1,31 | 1,128 |
0,9 | 1,124 | 1,120 | 1,15 | 1,109 | 1,03 | 1,095 | 1,070 | 1,075 | 1,062 | 1,040 |
При некоторых наполнениях трубы расход и скорость оказываются больше, чем при полном заполнении.
Из табл. 7.5 и 7.6 видно, что максимальное значение относительной расходной характеристики соответствует наполнению , максимальное значение относительной скоростной характеристики соответствует наполнению . Это означает, что при наполнении водоотводная труба будет пропускать в 1,08 раза больший расход, чем при полном заполнении трубы, а при наполнении скорость потока в водоотводной трубе будет больше в 1,14 раза. Также следует отметить, что при наполнении скорость потока практически такая же, как и при полном заполнении трубы. Для труб диаметром мм согласно строительным нормам наполнение обычно принимается равным , а для труб больших диаметров наполнение должно быть равным .
На рис. 7.6 представлены графики и .
Рис. 7.6. Графики функций , для трубы круглого сечения
При гидравлическом расчете необходимо знать расходную характеристику потока при полном наполнении трубы. Используя выражение для вычисления расходной характеристики ( ), можно получить при известном диаметре трубы следующее уравнение:
. (7.26)
Расход в водоотводной трубе согласно (7.7) и (7.24)
. (7.27)
Скоростная характеристика при полном заполнении трубы
. (7.28)
Средняя скорость в водоотводной трубе согласно (7.7) и (7.24)
. (7.29)
Значение М и N можно определить по табл. 7.5 и 7.6 или графику (см. рис. 7.6).
Пример 7.3
Определить диаметр железобетонной трубы D при расходе м3/с, расчетном наполнении , уклоне дна трубы .
Определяем расходную характеристику, соответствующую равномерному движению потока в трубе:
м3/с.
При наполнении согласно табл. 7.5 относительная расходная характеристика будет равна .
В соответствии с (7.24) расходная характеристика, соответствующая движению потока полным сечением,
м3/с.
Из уравнения (7.26) можно определить диаметр водоотводной трубы
.
По табл. 7.1 находим для железобетонной трубы значение шероховатости: .
Диаметр трубы
м.
Согласно стандарту выпускаемых железобетонных труб принимаем диаметр
м.
Пример 7.4
Определить глубину потока воды в асбоцементной трубе круглого сечения диаметром м при прохождении через нее расхода м3/с и уклоне трубы .
Вычисляем расходную характеристику, соответствующую равномерному движению потока в трубе:
м3/с.
Расходная характеристика, соответствующая полному заполнению трубы, приняв , согласно (7.26)
м3/с.
Относительная расходная характеристика
.
По табл. 7.5 при наполнение трубы .
Глубина воды в трубе м.
Дата добавления: 2016-02-27; просмотров: 1148;