Основные расчетные зависимости

 

 

РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТЫХ

РУСЛАХ

Особенности движения воды в открытых руслах

Движение в открытых руслах является безнапорным и характеризуется тем, что все точки свободной поверхности потока находятся под одинаковым (атмос­ферным) давлением. Если в закрытом (напорном) потоке наличие местных со­противлений вызывало изменение давления и не влекло изменение живого сече­ния во всем русле, то в открытом потоке всякое изменение условий движения (преграда, сужение или расширение потока, изменение уклона дна и т.д.) вызы­вает изменение живого сечения и, следовательно, координат свободной поверхности.

Равномерное движение жидкости в открытом русле может иметь место лишь при определенных условиях:

1. Постоянство расхода; (Q= const)

2. Постоянство площади и формы живого сечения; (w = const)

3. Постоянство гидравлического уклона; (i = const)

4. Однотипность шероховатости смоченной поверхности по всей длине русла; (n =const)

5. Отсутствие местных сопротивлений.

Следовательно, равномерное движение жидкости невозможно в естественных руслах, так как вдоль этих русел все гидравлические элементы потока изменяются.

Равномерное движение жидкости может иметь место лишь в искусственых руслах (лотках, каналах), живые сечения, уклон, шероховатость которых вдоль потока остаются неизменными.

Основные расчетные зависимости

Основной формулой для расчета равномерного движения является формула Шези: и (1.1)

В первой части курса были уже приведены формулы, следующие из зависимости:

и (1.2)

где W и K - модуль расхода и модуль скорости соответственно.

Учитывая (1) и (2), запишем:

и (1.3)

Из приведенных выше формул следует:

и (1.4)

Поскольку коэффициент Шези связан с коэффициентом Дарси соотношением:

(1.5)

а последний является функцией Re и то очевидно, что функцией этих

же величин является и коэффициент Шези.

В 1938 г. А.П. Зегжда опубликовал результаты экспериментов при исследовании им безнапорного потока в русле прямоугольного сечения. Полученные им результаты исследований были оформлены в виде графиков зависимости:

 

(1.6)

 

где R – гидравлический радиус,

D - абсолютная шероховатость.

Применение получила формула Агроскина:

 

С = 1/n + 17,72 lg R (1.7)

Кроме этого применяются формулы Манинга и Форхгеймера:

и (1.8)

Наиболее удачной считается формула академика Павловского:

(1.9)

Для практических расчетов следует рекомендовать:

y = 1,5 при R < 1,0 м. (1.10)

y = 1,3 при R > 1,0 м. (1.11)

Существуют удобные таблицы и графики для определения коэффициента Шези по формулам Павловского, Манинга и Форхгеймера.