Расчёт выходной части быстротока

Следует отметить, что наиболее ответственной и дорогостоящей является выходная часть сооружения, в пределах которой должно произойти сопряжение бурного потока со спокойным с образованием гидравлического прыжка и полное гашение избыточной кинетической энергии потока.

Выходная часть состоит из водобоя в виде успокоителя, в пределах которого располагается гидравлический прыжок, и концевого крепления, называемого рисбермой (рис. 3.7).

Расчёт выходной части заключается в выборе конструкции успокоителя (в курсовой работе задается), расчёте сопряжений бьефов и гасителей энергии, назначении основных размеров, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию сооружения.

Наиболее часто ширина отводящего русла канала бывает больше ширины лотка, поэтому водобойная часть – успокоитель может устраиваться непризматическим (расширяющимся) или выполняться призматическим, т.е. постоянного сечения. В курсовой работе рекомендуется успокоитель принять призматическим, прямоугольной формы поперечного сечения и шириной по дну, равной ширине лотка быстротока . Опыт исследований и эксплуатации быстротоков показывает на ряд преимуществ сопряжения бьефов в призматических руслах – имеются теоретические методы расчёта условий сопряжения и гасителей энергии, высокая эффективность и надёжность в работе из-за исключения возможности образования сбойности течения, при которой динамическая ось потока может изменять своё положение в пространстве и во времени.

Рисунок 3.7- Схема выходной части быстротока

Переход от прямоугольной формы сечения успокоителя к трапецеидальному сечению канала удобно осуществить с помощью выходного оголовка по типу обратная стенка (см. рис. 3.7). Уклон дна выходной части принимается равным . За успокоителем для защиты канала от размыва на послепрыжковом участке и участке растекания потока до бытовых условий предусматривается устройство концевого бетонного крепления (рисбермы).

3.4.1. Установление характера сопряжения потоков в нижнем бьефе быстротока

В нижнем бьефе гидротехнических сооружений можно выделить сечение, называемое сжатым, которое отличается от других сечений минимальной площадью и максимальной скоростью. Для быстротока таким сжатым сечением является сечение С-С в конце лотка быстротока, глубина в котором , называемая сжатой глубиной, определена была ранее по способу проф. В.И. Чарномского.

Так как в сжатом сечении и поток всегда находится в бурном состоянии, а в отводящем русле , что соответствует условиям спокойного состояния, то переход из бурного состояния в спокойное возможен только при помощи гидравлического прыжка (рис. 3.8).

Рисунок 3.8 - Схема гидравлического прыжка

Глубины в начале прыжка и в конце его называются сопряженными или взаимными. Разность между сопряженными глубинами представляет собой высоту прыжка. Длина называется длиной прыжка.

Связь между сопряженными глубинами в призматическом русле выражается из основного уравнения прыжка

,	(3.12)
где	-	корректив количества движения (коэффициент Буссинеска);
	-	площади живых сечений потока в начальном и концевом сечениях прыжка;
	-	глубины погружения центров тяжести этих сечений.

Для прямоугольного русла основное уравнение (3.12) упрощается, приводится к квадратному, в результате решения которого получены формулы

,	(3.13)
.	(3.14)

Для прыжка, образованного в сжатом сечении С-С, зависимость (3.14) записывается в виде