Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа вищої професійноїосвіти
Північно-Кавказький державний технічний університет
Кафедратеплопостачання та експертизи нерухомості
РЕФЕРАТ
з дисципліни: Гідрологія
на тему: Рух рідини у відкритих русла х
Виконав:Алфьоров Т.І.,
студентгр. ТГВ-071
Перевірив:Борисенко О.А.,
к.т.н.,доцент
Ставрополь, 2009
Зміст
Введення
1. Класифікаціябезнапірних потоків
2. Умови рівномірного руху ввідкритому руслі
3. Основне рівняння безнапірного рівномірного руху
4. Гідравлічно найвигіднішомуперетин каналу
5. Розрахункові швидкостіводи в каналі
Список використаної літератури
Введення
Рух рідини вканалі називається безнапірним рухом. Особливістю його є наявністьвільної поверхні з однаковим тиском по всій її довжині.
З точкизору гідравліки безнапірні потоки можна розділити на усталені потоки зрівномірним рухом рідини і несталі потоки, часто званішвидкотоків.
Характер і швидкостіруху рідини, ухил і форма вільної поверхні, глибина потоку залежатьвід форми перерізу русла, його розмірів і ухилу дна. Ухили дна таких потоківзазвичай невеликі, тому живі перерізи у відкритих руслах умовно приймаютьсявертикальними і глибина потоку вимірюється по вертикалі.
1. Класифікаціябезнапірних потоків
Русла підрозділяють попараметрами, визначальним зміна площі живого перерізу по довжині потоку, нанепрізматіческіе і призматичні (і циліндричні ). У непрізматіческіхрусел форма і (або) геометричні розміри поперечного профілю змінюютьсяпо довжині русла. Тому площа живого перерізу потоку є функцією довжинирусла і функцією глибини потоку уздовж русла. У такому руслі рухнерівномірне. У призматичних руслах форма і розміри елементівпоперечного профілю по довжині зберігаються незмінними. Площа живого перерізупотоку може змінюватися тільки у зв'язку зі зміною глибини потоку.
За формою профілюпоперечного перерізу русла можуть бути правильною і неправильної форми.Призматичні русла мають правильну форму. Вони можуть бутипрямокутні, трикутні, трапецеїдальних (рис. 7.1, а, б, в). Якщопоперечний профіль русла правильної форми окреслено кривою лінією, окружністю(Рис. 7.1, д) або параболою (рис. 7.1, г), що визначається по всій довжині руслаодним рівнянням, то таке русло називається циліндричним (рис.7.1, г, д). Правильну форму найчастіше мають штучні русла. До руслахнеправильної форми відносяться полігональні (складові) русла (рис. 7.1, ж) ірусла природних потоків (рис. 7.1, е).
Відкриті русла взалежно від поздовжнього похилу дна діляться на русла з позитивним ( прямим ) геометричним ухилом i > 0, коли дно русла знижується внапрямку руху потоку; горизонтальні русла при i =0 і русла з негативним ( зворотним ) ухилом дна i <0, коли дно русла підвищується в напрямку руху рідини.
Переважнакількість наземних потоків є відкритими, тобто повідомляються з атмосферою,однак, у тих випадках, коли необхідно запобігти втратам транспортованоїрідини від випаровування (в країнах з жарким кліматом), водоводи перекривають. Вряді випадків водоводи монтуються над поверхнею землі на спеціальних опорахі мостових переходах, створюючи тим самим акведуки.
Сталийпотік у відкритому руслі може бути або рівномірним, або нерівномірним.
Рівномірнийпотік по всій довжині має однакову середню швидкість. Тому по всій довжиніпотоку залишається однаковою і площа живого перерізу.
Внерівномірному потоці вздовж потоку змінюється середня швидкість, тому, хочавитрата і залишається постійним, по довжині потоку змінюються площі живих перетинів.
2. Умовирівномірного руху у відкритому руслі
Рівномірний рухрідини характеризується прямими паралельними лініями струмів (траєкторіями), атакож постійністю місцевої осередненої в часі швидкості уздовж кожної лініїструму. Отже, для існування рівномірного руху необхідновиконання ряду умов.
На вільній поверхнібезнапірних потоків встановлюється постійне, як правило, атмосферний тиск.Тому п'єзометричного ухил I р для таких потоківвідповідає ухилу вільної поверхні I c , тобто I р = I c . Раніше було встановлено, що длярівномірних потоків п'єзометричного ухил дорівнює гідравлічному, тобто I р = I . Значить, рівномірне безнапірні рух можливийпри дотриманні рівності
I р = I = I c .
Для цього (рис. 7.2)необхідно, щоб величина швидкісного напору по довжині потоку також залишаласяб постійною. Цим диктується дотримання наступних умов:
В·русло - призматичне;
В·витрата водипостійний ( Q = const);
В·глибина h , а отже, форма і площа живого перерізу П‰ і П‡ , R постійні;
В·лінія дна немає перелому, тобто i = sin О± = const, при цьому i > 0;
В·шорсткість днаі стінок русла постійна по довжині ( п = const);
В·місцевіопору в руслі відсутні.
Повністю задовольнитивсім умовам можливо тільки в штучних руслах.
3. Основне рівняннябезнапірного рівномірного руху
Рівняння Бернуллі длядвох проведених вертикально перетинів ( 1-1 і 2-2 )відкритого потоку при рівномірному русі (рис. 7.2) буде виглядати наступнимчином:
(значення параметрівзаписані для центрів живих перетинів потоку)
О± 1 = О± 2 = О±;
h 1 = h 2 = h;
де - геометричний ухил.
Для визначення середньоїшвидкості безнапірного рівномірного потоку отримана формула Шезі, в якій вЯк розрахунковий береться геометричний ухил:
де - коефіцієнт Шезі,розраховується за формулами Маннінга
- Н. Н. Павловського і багатьом іншим(Гангілье-Куттера, І. І. Агроскін і пр.).
В цих формулах:
n - коефіцієнт шорсткості,визначається за довідковими даними
y - змінний показник ступеня:
Витрата у перетині руславизначається за формулою
(*)
де K - модульвитрати або видаткова характеристика
4. Гідравлічнонайвигіднішому перетин каналу
З формули (*) випливає, що прирівних умовах О± = const , i = const витрата в перерізі буде зростати при збільшенні гідравлічного радіусу, тобтоканал буде пропускати тим більша витрата, чим буде менше змочений периметр П‡ .Крім того, при П‡ min знижуються і можливі втрати на фільтрацію через бортиі дно каналу.
Гідравлічнонайвигіднішим перетином каналу є перетин, здатне при заданій площізабезпечити максимальну пропускну спроможність.
Як відомо згеометрії, найменшим периметром (з усіх можливих) володіє коло, і гідравлічнонайвигіднішим перетином для відкритих каналів було б перетин, що має формупівкола. Далі при даній п...
