что такое незаиляющая скорость

Научная электронная библиотека

2.6 Допустимые скорости движения воды в каналах

Проектируя канал, необходимо выбрать расчетную скорость потока такой, чтобы не было размыва и заиления, то есть

где υ – средняя расчетная скорость в канале;

υ_min –минимально допустимая скорость при равномерном движении потока; эту скорость называют также минимальной незаиляющей скоростью.

Если υ υ_max, русло будет размываться водным потоком.

В таблице 2.1 приведены значения неразмывающей скорости в зависимости от материала, из которого сложены стенки канала, глубины.

Таблица 2.1 Неразмывающие скорости υ_max (м/с) в зависимости от различных грунтов и глубин

Средние глубины h, м

(2.29)

где h – глубина потока, м;

d – средний диаметр частиц грунта.

Формула применима при значениях h/d ≤ 600; при значениях h/d > 600 можно использовать формулу Латышенкова

(2.30)

Ниже приведены неразмывающие скорости в зависимости от материала стенок, м/с:

Супесь и суглинок. 0,6–1,8

Скальные породы. 2,5–4,5

Бетонная облицовка. 5,0–10,0

Незаиляющие минимальные скорости υ_min зависят от размеров взвешенных частиц. Ниже по опытным данным приводятся некоторые зависимости для определения υ_min. Если насыщенность потока наносами диаметром частиц более 0,25 мм не превышает 0,01%, то можно использовать зависимость

(2.31)

где R – гидравлический радиус, м;

a – множитель, зависящий от среднего диаметра частиц, преобладающей массы взвешенных наносов.

Ниже приведены его значения:

Приближенное значение незаиляющей скорости может быть определено по зависимости

(2.32)

где h – глубина потока, м;

Q – коэффициент, зависящий от крупности песчанно–глинистых наносов:

Очень мелкие. 0,34–0,37

Значение незаиляющей скорости может быть определено по зависимости Гиршкана

(2.33)

где Q – расход воды, м /с;

A – коэффициент, зависящий от гидравлической крупности ω.

Гидравлической крупностью называется скорость равномерного падения частиц различного диаметра в неподвижной воде.

Ниже приведены значения A в зависимости от гидравлической крупности и ω [46]

ω, мм/с 1,5 1,53,5 3,5

Значение ω в зависимости от d можно определить по следующим данным, полученным опытным путем:

d_cp, мм 0,01 0,03 0,05 0,08 0,10 0,13 0,50 1,0 1,50

ω, мм/с 0,07 0,62 1,78 4,43 6,92 11,6 54,0 94,4 125,6

Формула (2.33) применима для естественных, незаросших русел и каналов при следующих значениях: Q от 0,2 до 150 м 3 /с; υ – не более 0,3 м/с; ω до 10 мм/с.

При расчете осушительных каналов принимают υ_min = 0,2 м/с, если надо предотвратить осаждение сила, υ_min = 0,4 м/с, если надо предотвратить осаждение песка. Во всех случаях, если возможно зарастание каналов, υ_min должна быть не менее 0,5 0,6 м/с [12].

Источник

10.3.2. Допустимые скорости движения жидкости в каналах

Одной из задач гидравлического расчета каналов является определение максимальной допускаемой скорости течения, называемой неразмывающей и минимальной допускаемой скорости (незаиляющей).

Уклон канала должен обеспечивать средние скорости воды в пределах:

где v – средняя скорость воды в канале, м/с; v min – допускаемая незаиляющая скорость воды, м/с; v маx – допускаемая неразмывающая скорость воды. м/с.

должна осуществляться по транспортирующей способности канала или по незаиляющей скорости воды в канале, согласно СНиП 2.06.03-85 Мелиоративные системы и сооружения.

где W — гидравлическая крупность частиц среднего диаметра, принимаемая по табл. 10.1; v — скорость течения воды в канале, м/с; R

— гидравлический радиус канала, м; i — уклон дна канала.

Величину незаиляющей скорости v min м/с, необходимо вычислять по формуле:

где R — гидравлический радиус канала, м.

Таблица 10.1 Гидравличе ская крупнос ть частиц ср еднего диаметра грунтов дна

Допускается определять незаиляющую скорость по формуле:

где A — эмпирический коэффициент;

А = 0,33 для W А = 0,44 для W = 1,5. 3,5

W — средневзвешенная гидравлическая крупность наносов, мм/с; Q

— расчетный расход, м 3 /с.

незаиляющей скорости v min потока с

гидравлическим радиусом R

= 1 с массовым содержанием частиц

диаметром d cp >0,25 мм, составляющим менее 0,01%, приведены ниже в табл. 10.4. Если гидр а влический радиус потока R≠ 1, значения v min

следует умножить на

Приближенны е значения нез аиляю щей скорости жидкост и

Минимальную, или критическую скорость можно приближенно

определить по формуле И.И. Леви:

где l – величина, которая зависит от гидравлической крупности ( w” ) частиц взвешенных наносов, от процента по массе взвешенных наносов с диаметром более 0,25 мм ( р) :

d ср

При расчете коллекторов городских водостоков и канализационных труб удобнее лимитировать минимальные уклоны, при которых скорости будут незаиляющими. Эти уклоны зависят от диаметра труб d (табл. 10.5) :

Таблица 10.5 Минималь ные уклоны, пр и котор ых скорости будут незаиляющ ими

Неразмывающая скорость – наибольшая скорость потока, при превышении которой (v > v маx ) русло начинает размываться. Ориентировочные предельные допустимые скорости в зависимости от грунтов, в которых проходит канал, и видов облицовок даны в табл. 10.6 и для однородных несвязанных грунтов в табл. 10.7.

Таблица 10.6 Ориентировочные предельные допустимые скорости жидкости

Характеристика грунта или облицовки канала

Илистый грунт, разложившийся торф

Супесь слабая, пылеватый песик, легкие суглинки,

глины мягкие, средний лесс

Малоразложившийся осоково-гипновый торф

Суглинки средние и плотные, плотный лесс

Малоразложившийся сфагновый торф

Бетонная и железобетонная облицовка

В большей части работ в качестве теоретической основы для определения величины v маx рассмотрены условия предельного равновесия или начального момента отрыва отдельной частицы, находящейся на дне. В других работах использованы данные лабораторных и натурных наблюдений.

Допускаемые неразмывающие средние скорости потока для однородных несвязанных грунтов

Источник

Реферат: Движение жидкости в открытых руслах

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо-Кавказский государственный технический университет

Кафедра теплоснабжения и экспертизы недвижимости

по дисциплине: Гидрология

на тему: Движение жидкости в открытых русла х

Выполнил: Алферов Т.И.,

Проверил: Борисенко О.А.,

1. Классификация безнапорных потоков

2. Условия равномерного движения в открытом русле

3. Основное уравнение безнапорного равномерного движения

4. Гидравлически наивыгоднейшее сечение канала

5. Расчетные скорости воды в канале

Список использованной литературы

Движение жидкости в канале называется безнапорным движением. Особенностью его является наличие свободной поверхности с одинаковым давлением по всей ее длине.

С точки зрения гидравлики безнапорные потоки можно разделить на установившиеся потоки с равномерным движением жидкости и неустановившиеся потоки, часто называемые быстротоками.

Характер и скорости движения жидкости, уклон и форма свободной поверхности, глубина потока зависят от формы сечения русла, его размеров и уклона дна. Уклоны дна таких потоков обычно невелики, поэтому живые сечения в открытых руслах условно принимаются вертикальными и глубина потока измеряется по вертикали.

1. Классификация безнапорных потоков

Русла подразделяют по параметрам, определяющим изменение площади живого сечения по длине потока, на непризматические и призматические (и цилиндрические). У непризматических русел форма и (или) геометрические размеры поперечного профиля меняются по длине русла. Поэтому площадь живого сечения потока является функцией длины русла и функцией глубины потока вдоль русла. В таком русле движение неравномерное. В призматических руслах форма и размеры элементов поперечного профиля по длине сохраняются неизменными. Площадь живого сечения потока может изменяться только в связи с изменением глубины потока.

По форме профиля поперечного сечения русла могут быть правильной и неправильной формы. Призматические русла имеют правильную форму. Они могут быть прямоугольные, треугольные, трапецеидальные (рис. 7.1, а, б, в). Если поперечный профиль русла правильной формы очерчен кривой линией, окружностью (рис. 7.1, д) или параболой (рис. 7.1, г), определяемой по всей длине русла одним уравнением, то такое русло называется цилиндрическим (рис. 7.1, г, д). Правильную форму чаще всего имеют искусственные русла. К руслам неправильной формы относятся полигональные (составные) русла (рис. 7.1, ж) и русла естественных потоков (рис. 7.1, е).

Открытые русла в зависимости от продольного уклона дна делятся на русла с положительным (прямым ) геометрическим уклоном i >0, когда дно русла понижается в направлении движения потока; горизонтальные русла при i = 0 и русла с отрицательным (обратным ) уклоном дна i 0;

· шероховатость дна и стенок русла постоянна по длине (п = const);

· местные сопротивления в русле отсутствуют.

Полностью удовлетворить всем условиям возможно только в искусственных руслах.

3. Основное уравнение безнапорного равномерного движения

Уравнение Бернулли для двух проведенных вертикально сечений (1-1 и 2-2 ) открытого потока при равномерном движении (рис. 7.2) будет выглядеть следующим образом:

(значения параметров записаны для центров живых сечений потока)

где – геометрический уклон.

Для определения средней скорости безнапорного равномерного потока получена формула Шези, в которой в качестве расчетного берется геометрический уклон:

где – коэффициент Шези, рассчитываемый по формулам Маннинга

– Н. Н. Павловского и многим другим (Гангилье-Куттера, И. И. Агроскина и пр.).

n – коэффициент шероховатости, определяемый по справочным данным

y – переменный показатель степени:

Расход в сечении русла определяется по формуле

(*)

где K – модуль расхода или расходная характеристика

4. Гидравлически наивыгоднейшее сечение канала

Гидравлически наивыгоднейшим сечением канала является сечение, способное при заданной площади обеспечить максимальную пропускную способность.

Как известно из геометрии, наименьшим периметром (из всех возможных) обладает круг, и гидравлически наивыгоднейшим сечением для открытых каналов было бы сечение, имеющее форму полукруга. Далее при данной площади меньшими периметрами обладают правильные многоугольники, причем длина их периметра будет тем меньше, чем больше число сторон.

Следовательно, далее по выгодности идут различные сечения в форме половин правильных многоугольников, например половина шестиугольника, т. е. равнобочная трапеция с углом наклона боковых сторон α= 60°. Из прямоугольных профилей наивыгоднейшим является сечение в виде половины квадрата. Величина гидравлического радиуса для всех этих сечений равняется половине наибольшей глубины наполнения.

Гидравлически наивыгоднейшее сечение часто не является экономически наивыгоднейшим. Например, полукруглое отверстие гидравлически выгоднее прямоугольного, но благодаря большей своей стоимости оно не используется при строительстве каналов.

На практике наиболее употребительны каналы трапецеидального сечения (рис. 7.1, в) со следующими элементами гидравлической характеристики:

где m = ctg α – коэффициент откоса русла.

Полукруглые или многогранные сечения применяются значительно реже, ввиду трудности их выполнения и значительной стоимости. Однако в наиболее часто встречающихся случаях земляных стенок трапецеидальные сечения редко получают форму наивыгоднейшего профиля в виде половины правильного шестиугольника с углом α= 60°, так как при этом требуется крепление боковых стенок канала. Обычно этот угол выбирается в соответствии с углом естественного откоса грунта, и задача сводится к определению при заданных площади сечения и угле откоса соотношения между шириной и глубиной, при котором смоченный периметр будет наименьшим.

Из формулы площади , следует

При подстановке значения b в формулу и взятии производной, значение которой при минимальном α будет равно нулю, для соотношения b/h будет получено

Для трапецеидального гидравлически наивыгоднейшего профиля значения относительной ширины по дну приведены в таблице.

Таким образом, каналы гидравлически наивыгоднейшего профиля представлены относительно узкими и глубокими.

В связи с этим крупные каналы не проектируют с гидравлически наивыгоднейшим профилем. Малые каналы, особенно мелиоративные, целесообразно проектировать с гидравлически наивыгоднейшим профилем (сечением) или с профилем, близким к гидравлически наивыгоднейшему.

5. Расчетные скорости воды в канале

При проектировании каналов допускаемые скорости течения, так же как и при проектировании напорных трубопроводов, имеют большое экономическое значение, так как выбор скорости течения определяет размеры канала.

Крайние значения скоростей (минимальные и максимальные) ограничиваются двумя причинами. При малых скоростях сечение канала получается большим, что, увеличивая объем земляных работ, удорожает строительство. Кроме того, при малых скоростях происходит заиление канала вследствие оседания взвешенных в жидкости частиц. При больших скоростях сечение получается меньше. Это уменьшает объем земляных работ, однако при этом требуется более прочное покрытие стенок канала, что требует дополнительных затрат. Правильный выбор расчетной скорости, поэтому имеет большое значение. В каждом отдельном случае этот вопрос должен решаться конкретно с учетом всех местных условий.

Расчетные скорости не должны быть больше допускаемых. В качестве допускаемых принимаются скорости, неразмывающие грунт или одежды (укрепления откосов и дна) каналов. Значения их зависит от глубины и материала, из которого сложены стенки каналов.

Для определения неразмывающей скорости может быть рекомендована формула Б. И. Студеничникова, полученная по данным лабораторных и натурных исследований в широком диапазоне крупностей частиц несвязного грунта

d – средневзвешенный диаметр частиц грунта (берутся в метрах)

Незаиляющие скорости в каналах могут быть ориентировочно определены по формуле Гиршкана

где k – коэффициент, изменяющийся от 0,33 до 0,55 в зависимости oт гидравлической крупности частиц (1,5–3,5 мм/c).

Гидравлическая крупность – это скорость равномерного падения частицы в неподвижной воде.

Для предотвращения зарастания канала достаточно поддержать в нем среднюю скорость течения воды не ниже 0,5 м/с. В обычных водопроводящих каналах расчетные скорости находятся в пределах 0,5 – 3 м/с в зависимости от типа грунтов или одежды канала.

Выбор допустимых скоростей имеет большое экономическое значение при проектировании и эксплуатации искусственных водотоков.

1. Г. В. Железняков. Гидравлика и гидрология. М.: “Транспорт”, 1989.

2. Справочник по гидравлике. Под редакцией В.А. Большакова. Киев: «Вища школа», 1977.

3. Т.М. Башта. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: «Машгиз»,1963.

4. Т.М. Башта. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. М.: «Машиностроение», 1970.

5. Р.Р. Чугаев. Гидравлика. Изд.3., М.- Л.: «Энергия», 1975 г.

6. Д.В. Штеренлихт. Гидравлика. М.: «Энергоатомиздат», 1984 г.

Источник

ДОПУСТИМЫЕ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛАХ

Из кн.: Теоретические основы водного транспорта леса

Корпачев В.П. Издательство «АкадемияЕстествознания», 2009 год

Проектируя канал, необходимо выбрать расчетную скорость потока такой, чтобы не было размыва и заиления, то есть

где υ – средняя расчетная скорость в канале;

υ_min –минимально допустимая скорость при равномерном движении потока; эту скорость называют также минимальной незаиляющей скоростью.

Если υ υ_max, русло будет размываться водным потоком.

В таблице 2.1 приведены значения неразмывающей скорости в зависимости от материала, из которого сложены стенки канала, глубины.

Таблица 2.1 Неразмывающие скорости υ_max (м/с) в зависимости от различных грунтов и глубин

Для неукрепленных русел при ориентировочных расчетах при вычислении можно применять формулу Студенчикова

(2.29)

где h – глубина потока, м;

d – средний диаметр частиц грунта.

Формула применима при значениях h/d ≤ 600; при значениях h/d > 600 можно использовать формулу Латышенкова

(2.30)

Ниже приведены неразмывающие скорости в зависимости от материала стенок, м/с:

Супесь и суглинок. 0,6–1,8

Скальные породы. 2,5–4,5

Бетонная облицовка. 5,0–10,0

Незаиляющие минимальные скорости υ_min зависят от размеров взвешенных частиц. Ниже по опытным данным приводятся некоторые зависимости для определения υ_min. Если насыщенность потока наносами диаметром частиц более 0,25 мм не превышает 0,01%, то можно использовать зависимость

(2.31)

где R – гидравлический радиус, м;

a – множитель, зависящий от среднего диаметра частиц, преобладающей массы взвешенных наносов.

Ниже приведены его значения:

ω, мм/с 1,5 1,53,5 3,5

Значение ω в зависимости от d можно определить по следующим данным, полученным опытным путем:

d_cp, мм 0,01 0,03 0,05 0,08 0,10 0,13 0,50 1,0 1,50

ω, мм/с 0,07 0,62 1,78 4,43 6,92 11,6 54,0 94,4 125,6

Формула (2.33) применима для естественных, незаросших русел и каналов при следующих значениях: Q от 0,2 до 150 м 3 /с; υ – не более 0,3 м/с; ω до 10 мм/с.

При расчете осушительных каналов принимают υ_min = 0,2 м/с, если надо предотвратить осаждение сила, υ_min = 0,4 м/с, если надо предотвратить осаждение песка. Во всех случаях, если возможно зарастание каналов, υ_min должна быть не менее 0,5 0,6 м/с [12].

Приближенное значение незаиляющей скорости может быть определено по зависимости

(2.32)

где h – глубина потока, м;

Q – коэффициент, зависящий от крупности песчанно–глинистых наносов:

Очень мелкие. 0,34–0,37

Значение незаиляющей скорости может быть определено по зависимости Гиршкана

(2.33)

где Q – расход воды, м /с;

A – коэффициент, зависящий от гидравлической крупности ω.

Гидравлической крупностью называется скорость равномерного падения частиц различного диаметра в неподвижной воде.

Ниже приведены значения A в зависимости от гидравлической крупности и ω [46]

ω, мм/с 1,5 1,53,5 3,5

Значение ω в зависимости от d можно определить по следующим данным, полученным опытным путем:

d_cp, мм 0,01 0,03 0,05 0,08 0,10 0,13 0,50 1,0 1,50

ω, мм/с 0,07 0,62 1,78 4,43 6,92 11,6 54,0 94,4 125,6

Формула (2.33) применима для естественных, незаросших русел и каналов при следующих значениях: Q от 0,2 до 150 м 3 /с; υ – не более 0,3 м/с; ω до 10 мм/с.

При расчете осушительных каналов принимают υ_min = 0,2 м/с, если надо предотвратить осаждение сила, υ_min = 0,4 м/с, если надо предотвратить осаждение песка. Во всех случаях, если возможно зарастание каналов, υ_min должна быть не менее 0,5 0,6 м/с [12].

ЛИТЕРАТУРА

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник