Расчет быстротока

Следует рассчитать конструктивные элементыбыстротока: входную часть, водоскат (лоток) и выходную часть (рисунок 2.2). По расчетным данным построить продольный профиль по оси и план быстротока.

Входная часть быстротока проектируется призматической формы (прямоугольного сечения) с уклоном дна i = 0 по типу водослива с широким порогом (при P₁ ≥ 0). Расчет заключается в определении ширины и длины входной части, а также глубины потока в конечном сечении. (см. методику расчета входной части перепада).

Водоскат быстротока представляет собой лоток из бетона с уклоном дна i > i_k. Расчет заключается в определении уклона и длины лотка, а также глубины в конце лотка.

Рекомендуется такая последовательность расчета:

1) По расходу Q и ширине лотка b_л определяется критическая h_k и нормальная h_o глубины. Расчет h_o выполняется по формуле расхода Q = υ ω с учетом максимально допустимой скорости потока на водоскате υ _доп (принимают с учетом материала лотка).

2) По известным h_o и υ _доп из формулы Шези υ = C определяется уклон лотка i_л.

3) По заданной разности отметок ВБ– НБ, с учетом уклона лотка i_л, определяется длина лотка L.

4) По найденной глубине h_k вычисляют критический уклон i_л.

5) По соотношению уклонов i_л, i_k и глубин h_o, h_k определяется состояние потока в лотке (спокойное, бурное) и характер кривой сводной поверхности.

В лотке быстротока имеет место неравномерное движение потока с уменьшением глубины. Расчет кривой свободной поверхности на водоскате может быть выполнен по уравнению неравномерного движения известными методами /2, 3/. В приближенных расчетах можно принять глубину в конце лотка равной нормальной глубине, т.е. h_кон =. h_о.

На выходной части быстротока поток из бурного состояния переходит в спокойное с образованием гидравлического прыжка.

Задача расчета состоит в обеспечении полного гашения энергии потока в нижнем бьефе.

Сначала определяется характер сопряжения. При этом глубину в конце водоската h_кон принимают в качестве первой сопряженной глубины и по ней определяют вторую сопряженную глубину h″ _кон. Значение h″ _кон определяется из уравнения гидравлического прыжка (2.3).

Если h″ _кон > h_б, в нижнем бьефе проектируется гаситель энергии в виде водобойной стенки или водобойного колодца (см. п.2.2.1).

Расчетом находятся высота водобойной стенки и расстояние от сжатого сечения до стенки. Высота стенки определяется по формуле (2.5) методом последовательных приближений. Вначале, приняв стенку незатопленной (σ _п=1), определяют напор Н₁, высоту стенки Р_ст и, сравнивая ее с глубиной воды в нижнем бьефе h_б, устанавливают наличие подтопления. Если водослив подтоплен, выполняют уточняющий расчет. Расстояние до стенки принимается равным длине подпертого гидравлического прыжка: l_ст=3 h″ _с.

Проверка сопряжения потока за стенкой производится для решения вопроса о необходимости второй стенки.

Расчеты по разделу 2 следует иллюстрировать схемами движения жидкости в пределах сооружений (перепада, быстротока, гасителя энергии).