Материал: 4507

31

волн. Скорость распространения катящихся волн, достигших предельного развития,

cпред Пvo x o vo (45)

2Boho

Длина участка достижения волнами предельного развития

Изложенные выше рекомендации относятся к равномерному движению,

равно как и входящие в формулы величины с индексом нуль. Если анализируются возможность появления катящихся волн и их движение для неравномерного движения, то соответствующие величины относятся к началу волнообразования.

Детальные расчеты движения катящихся волн, а также анализ условий, в

которых без опасности для сооружения может быть допущено волновое движение описанного вида на быстротоках, необходимо выполнять в соответствии с нормативами.

Для увеличения устойчивости бурного потока в ряде случаев применяются различные конструктивные меры: «безволновые» формы поперечного сечения быстротока (параболическая, треугольная, эллиптическая,

гиперболическая и с продольными треугольными углублениями в дне) - рис.16,

или устраиваются продольные стенки.

Рисунок 16 - Формы поперечного сечения быстротока

32

Расчет выходной части. Выходная часть обычно имеет уклон дна i iкр

и, следовательно, поток в бытовых условиях находится в спокойном состоянии.

Образующийся гидравлический прыжок может быть надвинутым,

отогнанным или начинаться непосредственно у конечного сечения водоската.

Поскольку ширина отводящего канала (русла) обычно больше, чем ширина быстротока в конце его транзитной части, устраивают расширяющийся переходный участок. При надвинутом на водоскат гидравлическом прыжке,

полностью размещенном на транзитной части, на переходном участке будет происходить неравномерное движение в непризматическом ( db / dl 0) русле,

причем растекающийся поток - в спокойном состоянии.

При устройстве, например, водобойного колодца его ширину часто назначают равной ширине водоската, и тогда на переходном участке расширяется поток, находящийся в спокойном состоянии.

Гидравлический прыжок также может быть размещен в расширяющемся

(в плане) водобойном колодце. Расчет при этом ведется на основе уравнения гидравлического прыжка в русле переменного сечения.

Определив вторую сопряженную глубину, найдем длину водобойного колодца. При центральном угле расширения 7°) глубины в каждом сечении растекающегося бурного потока приблизительно постоянны и гидравлический прыжок в плане нормален к оси потока. При больших гидравлический прыжок в плане имеет криволинейную форму.

Если переходный участок, в котором происходит растекание,

запроектировать расширяющимся, то можно будет изменять удельный расход в сечении, где начинается гидравлический прыжок. В связи с этим изменяется значение второй сопряженной глубины.

Часто применяется схема, когда поток, находящийся в бурном состоянии,

растекается в расширяющемся переходном участке (обычно i =0), а в конце этого участка начинается водобойный колодец той же ширины, что и дно

33

отводящего канала. Размещение колодца именно в конце расширяющегося участка, где стенки сопрягаются со стенками на выходе из расширения,

способствует гашению волн возмущения, которые могут возникнуть в этом месте. Очертание боковых стенок, обеспечивающее достаточно удовлетворительные условия расширения, соответствует эмпирической формуле

Рисунок 17 – График зависимости b / bотв

Выход также может быть выполнен в виде трамплина, в том числе и рассеивающего.

Водобойный колодец проектируется лишь в случае отогнанного гидравлического прыжка. Рассмотрим водобойный колодец, примыкающий к

34

концу водоската. Для создания устойчивого донного режима сопряжения необходимо обеспечить удовлетворяющий этому условию ввод потока в водобойный колодец. В связи с этим вход в колодец проектируют в виде наклонной или, что предпочтительнее с гидравлической точки зрения,

криволинейной поверхности (рис.18). Очертание криволинейной стенки определяется из уравнения свободного падения

где v1- средняя скорость в конце водоската.

При sin 0,1 x 0,45v1 z .

Рисунок 18 – Водобойный колодец

Водобойный колодец рассчитывается по ранее изложенной методике.

Если колодец устраивается без стенки падения (рис. 19), то глубина в конце водоската h1 будет первой сопряженной глубиной, а вторая сопряженная

глубина h определяется с помощью функции Ф с q / Eo3/ 2 . В этом случае Eo h v12 / 2g .

Если водобойный колодец имеет стенку падения, то находится сжатая глубина hc с учетом того, что удельная энергия потока Eo включает в этом случае и глубину водобойного колодца d , т. е.

35

Eo h1 v1 / 2g d . (49)

Рисунок 19 – Водобойный колодец без стенки падения.

Иногда hc приближенно принимают равной глубине в конце водоската.

Длину водобойного колодца определяют по известным формулам,

включая в lкол в случае необходимости и lпад .

Если в нижнем бьефе быстротока проектируется водобойная стенка, то ее расчет проводится по ранее изложенной методике.

Отметим, что при установке гасителей на участке сопряжения за быстротоком, как и при других аналогичных условиях сопряжения,

существенно уменьшается глубина, при которой происходит сопряжение с надвинутым прыжком на 25-30% (по сравнению со схемой без гасителей). Если в нижний бьеф быстротока поступает аэрированный поток или поток с катящимися волнами, то это должно быть учтено в расчете выходной части.

2.3ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОНСОЛЬНОГО ПЕРЕПАДА

(СБРОСА)

Консольный перепад состоит из входной части быстротока и плоского носка (трамплина), за которым происходит свободное падение струи (рис. 20).

Обычно устраивают горизонтальный носок или придают ему обратный уклон,