В руслах круглого замкнутого сечения

Безнапорные русла замкнутого сечения находят применение в системах водоотвода сточных, и ливневых вод (водоотводные трубы, коллекторы), в сооружениях гидротехнических, дорожных, коммунального хозяйства.

Наибольшее распространение получили трубы круглого, прямоугольного и овоидального поперечных сечений. Расчет равномерного движения потоков в руслах круглого сечения (рис. 7.5), имеет свои особенности.

Рис. 7.5. Открытый поток в русле круглого замкнутого сечения

Это прежде всего вызвано связью между наполнением русла и формой поперечного сечения. Для упрощения расчета вводится понятие степень наполнения русла: , где - глубина потока жидкости; D - размер русла замкнутого сечения.

Для водоотводных и водопропускных труб геометрические элементы живого сечения выражают через центральный угол (см. рис. 7.5)

. (7.22)

Смоченный периметр и ширина потока по свободной поверхности:

; . (7.23)

Для расчета параметров равномерного движения потоков в руслах замкнутого поперечного сечения используется относительная расходная М и относительная скоростная N характеристики:

; , (7.24)

где , - расходные характеристики при полном наполнении сечения русла при ; К, W - расходные характеристики, соответствующие глубине h.

; . (7.25)

Площадь и смоченный периметр определяются при глубине в трубе , затем гидравлический радиус и коэффициент Шези .

После этого вычислив К и W при разных наполнениях , можно получить величины относительных характеристик М и N.

Для труб круглого замкнутого сечения, используя три безразмерных параметра (наполнение русла а и две относительные характеристики М и N), можно представить функциональную связь между этими безразмерными параметрами: и . В табл. 7.5 и 7.6 приведены относительные характеристики.

Таблица 7.5 - Значения относительных расходных характеристик

для круглых труб

а	0,0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
0,1	0,021	0,026	0,031	0,036	0,042	0,049	0,056	0,063	0,071	0,079
0,2	0,088	0,097	0,100	0,116	0,126	0,!37	0,148	0,159	0,171	0,183
0,3	0,196	0,209	0,222	0,235	0,249	0,263	0,277	0„292	0,307	0,322
0,4	0,337	0,353	0,368	0,384	0,400	0,417	0,433	0,450	0,466	0,483
0,5	0,500	0,517	0,534	0,551	0,568	0,586	0,603	0,620	0,637	0,655
0,6	0,672	0,689	0,706	0,723	0,740	0,756	0,773	0,789	0,803	0,821
0,7	0,837	0,853	0,868	0,883	0,898	0,912	0,926	0,939	0,953	0,965
0,8	0,977	0,989	1,000	1,011	1,021	1,030	1,039	1,047	1,054	1,060
0,9	1,066	1,070	1,073	1,085	1,086	1,075	1,071	1,066	1,057	1,042

Таблица 7.6 - Значения относительных скоростных характеристик

для круглых труб

а	0,0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
0,0	0,00	0,089	0,141	0,184	0,222	0,257	0,289	0,319	0,348	0,375
0,1	0,401	0,426	0,450	0,473	0,495	0,517	0,538	0,558	0,587	0,596
0,2	0,615	0,633	0,651	0,668	0,684	0,701	0,717	0,732	0,747	0,762
0,3	0,776	0,790	0,804	0,817	0,830	0,843	0,855	0,868	0,879	0,891
0,4	0,902	0,913	0,924	0,934	0,944	0,954	0,964	0,973	0,983	0,991
0,5	1,000	1,008	1,016	1,024	1,032	1,039	1,046	1,053	1,060	1,066
0,6	1,072	1,078	1,084	1,094	1,099	1,104	1,108	1,112	1,121	1,126
0,7	1,120	1,123	1,126	1,129	1,131	1,137	1,135	1,137	1,138	1,139
0,8	1,140	1,140	1,139	1,138	1,138	1,137	1,336	1,34	1,31	1,128
0,9	1,124	1,120	1,15	1,109	1,03	1,095	1,070	1,075	1,062	1,040

При некоторых наполнениях трубы расход и скорость оказываются больше, чем при полном заполнении.

Из табл. 7.5 и 7.6 видно, что максимальное значение относительной расходной характеристики соответствует наполнению , максимальное значение относительной скоростной характеристики соответствует наполнению . Это означает, что при наполнении водоотводная труба будет пропускать в 1,08 раза больший расход, чем при полном заполнении трубы, а при наполнении скорость потока в водоотводной трубе будет больше в 1,14 раза. Также следует отметить, что при наполнении скорость потока практически такая же, как и при полном заполнении трубы. Для труб диаметром мм согласно строительным нормам наполнение обычно принимается равным , а для труб больших диаметров наполнение должно быть равным .

На рис. 7.6 представлены графики и .

Рис. 7.6. Графики функций , для трубы круглого сечения

При гидравлическом расчете необходимо знать расходную характеристику потока при полном наполнении трубы. Используя выражение для вычисления расходной характеристики (), можно получить при известном диаметре трубы следующее уравнение:

. (7.26)

Расход в водоотводной трубе согласно (7.7) и (7.24)

. (7.27)

Скоростная характеристика при полном заполнении трубы

. (7.28)

Средняя скорость в водоотводной трубе согласно (7.7) и (7.24)

. (7.29)

Значение М и N можно определить по табл. 7.5 и 7.6 или графику (см. рис. 7.6).