Расчёт лотка быстротока

Рисунок 3.4 – Расчётная схема лотка быстротока

Расчёт лотка быстротока (рис. 3.4) включает:

- расчёт уклона и длины лотка быстротока;

- установление характера кривой свободной поверхности неравномерного движения в лотке;

- определение глубины потока в конце лотка, необходимой для расчёта выходной части.

При выполнении курсовой работы лоток быстротока запроектируем с максимально возможным уклоном, который будет соответствовать принятой расчётной скорости для лотка быстротока л/с, близкой к допускаемой скорости для бетона .

Так как в лотке по длине потока глубина уменьшается, а скорость увеличивается, т.е. наблюдается неравномерное движение, стремящееся вниз по течению перейти в равномерное (рис. 3.4), то минимально возможная глубина в конце лотка будет близка к нормальной глубине на лотке , определяющейся в случае прямоугольного русла по зависимости

,	(3.5)
где	-	минимально возможная площадь живого сечения потока в конце лотка при расчётной скорости, близкой к предельно допускаемой неразмывающей скорости для бетона.

Из формулы Шези определяется уклон лотка быстротока

,

(3.6)

где ; ; - соответственно гидравлический радиус, смоченный периметр, параметр Шези, определяемые по нормальной глубине на лотке и принятом коэффициенте шероховатости .

Параметр Шези можно определить по таблице (Приложение 1), составленной по формуле Н.Н. Павловского, или по формуле И.И. Агроскина

.

(3.7)

Так как уклон дна есть отношение превышения к заложению, то длина лотка быстротока в плане определяется как

,

(3.8)

где - перепад отметок дна в конце подводящего и в начале отводящего участка сбросного канала (см. бланк задания).

Длина лотка из геометрии чертежа (рис. 3.4.) равна

.

(3.9)

Из формулы Шези определяется критический уклон

,

(3.10)

где ; ; ; .

Анализ кривой свободной поверхности на лотке быстротока: если и , то в лотке поток находится в бурном состоянии, линия нормальной глубины располагается ниже линии критической глубины , а характер кривой свободной поверхности – кривая спада типа (рис. 3.4).

Для определения глубины в конце лотка быстротока в курсовой работе рекомендуется использовать способ проф. В.И. Чарномского, который применим для расчёта неравномерного движения воды в призматических и непризматических руслах. Для расчёта по этому способу целесообразно использовать ПЭВМ*).

Рисунок 3.5 - Расчётная схема неравномерного движения воды

Сущность способа состоит в том, что вся длина лотка быстротока разбивается на отдельные участки относительно малой длины (рис. 3.5). Каждый участок рассчитывается отдельно, следуя вниз по течению: вначале рассчитывается I участок, затем II и т.д. Расчет каждого участка заключается в определении его длины , зная глубины в граничных сечениях, которые отличаются между собой на малую величину . Например, на первом начальном участке лотка быстротока глубина воды в сечении 1-1 равна , а в сечении 2-2 согласно характера кривой принимается меньше на величину м, т.е. . Из уравнения В.И. Чарномского, которое имеет вид

,

(3.10)

определяется длина первого участка

,
где	-	удельная энергия рассматриваемого сечения;
	-	уклон дна лотка быстротока;
	-	средний уклон трения;
	-	уклоны трения для сечений и с глубинами и .

Рассчитав первый участок, переходят к расчёту второго, третьего и т.д., каждый раз определяя длину участка , и т.д. Расчёт ведут до тех пор, пока сумма длин всех участков не превысит длину лотка быстротока или пока глубина воды 2-2 на последнем участке лишь незначительно будет отличаться от нормальной глубины на лотке и станет равной не более , что будет свидетельствовать о том, что неравномерное движение воды на лотке быстротока приблизилось к равномерному движению и далее вниз по течению глубины уже изменяться не будут. Глубина на последнем участке в обоих случаях является искомой глубиной .

Блок – схема алгоритма расчёта на ПЭВМ кривой неравномерного движения воды на лотке быстротока по способу В. И. Чарномского приведена на рис. 3.6.