Hidrauliniai skaičiavimai

 I Dalis. Hidrauliniai skaičiavimai Pagal pateiktą projektinį reikiamos tikimybės maksimalų debitą atliki vamzdinės vandens pralaidos skaičiavimus, esant beslėginiam tekėjimui: 1. Apskaičiuoti normalųjį gylį kanale (prieš vamzdinę vandens pralaidą). 2. Nustatyti kelio sankasos keteros plotį (jis parenkamas pagal kelio kategoriją), apskaičiuoti pralaidos parametrus: kritiškąjį vandens gylį vamzdinėje pralaidoje, pralaidos skersmenį dp (jį skaičiuoti pagal kritiškąjį vandens gylį), kritiškąjį nuolydį ikr ir vandens pralaidos nuolydį ip, pralaidos ilgį lp (skaičiuojant būtina įvertinti pralaidos antgalio tipą), vandens gylį ištekėjimo iš pralaidos vamzdžio pabaigoje hišt , skerspjūvio plotą A išt, hidraulinį spindulį R išt ir vandens greitį višt pralaidos pabaigoje. 3. Apskaičiuoti normalųjį gylį h0 ir kritiškąjį gylį hk žemutiniame pralaidos bjefe. 4. Nustatyti srauto tekėjimo sąlygas žemutiniame bjefe (hidraulinio šuolio tipą). 5. Parinkti žemutinio bjefo stiprinimo konstrukciją, apskaičiuoti stiprinimo ruožų ir pereinamųjų ruožų ilgius žemutiniame ir aukštutiniame bjefuose. 6. Nubraižyti pralaidos išilginį pjūvį ir planą (taikyti vienodus vertikalinį ir horizontalų mastelius, tinkamiausias mastelis 1:100). Duota: skaičiuojamasis upės vandens debitas statinio vietoje Q=0,75+0.15*nstud m /s; Kanalo dugno plotis b=0,1+0,3*nstud m Kanalo šlaito koeficientas m=3,0 Kanalo vagos dugno nuolydis iv=0,0002 Šiurkštumo koeficientai: vagos nv =0.035; vamzdžių nvz =0,014; kanalo dugno žemutiniame bjefe nž =0,02; Kelias yra IV kategorijos; Gruntas statinio vietoje - priesmėlis Kelio pylimo keteros altitudė yra Zket=28,80+0,1*nstud m; Upės dugno altitudė statinio vietoje Zdug=25,50+0,1*nstud m; Žemės paviršiaus altitudė Zz.p.=27,80+0,1*nstud m; Pralaidos antgalis- šlaitinis (gr. koef. φ=0,8); Pralaida yra 1 eilės. Skaičiavimo duomenys pagal studento eilės nr. Duota: skaičiuojamasis upės vandens debitas statinio vietoje Q=1,65 m /s; nstud=6 Kanalo dugno plotis b=3,7 m Kanalo šlaito koeficientas m=1,9 Kanalo vagos dugno nuolydis iv=0,0002 Šiurkštumo koeficientai: vagos nv =0.035; vamzdžių nvz =0,014; kanalo dugno žemutiniame bjefe nž =0,02; Kelias yra IV kategorijos; Gruntas statinio vietoje - priesmėlis Kelio pylimo keteros altitudė yra Zket=29,4 m; Upės dugno altitudė statinio vietoje Zdug=26,1 m; Žemės paviršiaus altitudė Zz.p.=28,4 m; Pralaidos antgalis- šlaitinis (gr. koef. φ=0,8); Pralaida yra 1 eilės. 1.Normaliojo gylio kanale apskaičiavimas Normalųjį gylį kanale apskaičiuoju pagal Šezi formulę: Q=AC (1), kur, A- skersmens plotas; C- Šezi koeficientas; R- hidraulinis spindulys; I- hidraulinis nuolydis. Pažymėję AC=K (2), Gaunu: Q=K (3), čia K- debito modulis. Apskaičiuoju debito modulį Kr, kurio reikia, kad kanalu tekėtų vandens debitas Q=2,55 m3/s; m3/s Uždavinį sprendžiu gylio h parinkimo būdu. Parenku keletą gylio h reikšmių, skaičiuoju jas atitinkančias debito modulio AC=K reikšmes. Skaičiavimo rezultatus surašau į 1 lentelę. Trapecinių kanalų hidrauliniai elementai skaičiuojami pagal šias formules: a) skerspjūvio plotas: A=(b+mh)h (4), kur, b- dugno plotis; m- šlaito koeficientas; h- tėkmės gylis. b) šlapiasis perimetras: (5), c) hidraulinis spindulys: R=A/ (6), d) Šezi koeficientas C=(l/n)Ry kai R1, tai y=1,3 kur, R- hidraulinis spindulys; n- šiurkštumo koeficientas. Parenku h=1,0 metras: A=(1,9+3,0*1)* 1=4,9 m2; m; R=4,9/8,22=0,596 m; m0,5/s m3/s; I lentelė. Duomenys ryšio grafikui K=f(h) sudaryti h, m A, m2 , m R, m C, m0,5 /s K, m3 /s 1 6,7 10,025 0,668 17,471 95,671 1,5 9,6 11,39 0,84 27,39 240,95 2 15,8 14,55 1,09 29,15 479,97 Pagal skaičiavimų duomenis braižau ryšio grafiką K=f(h) (1 pav.) 1 pav. Grafikas K=f(h) Iš grafiko nustačiau, kad kai Kr=116,6 m3 /s , normalinis gylis kanale h0=1,1 m; Patikrinimas: A=(1,9+3*1,1)*1,1=5,72 m2; m R=5,72/8,85=0,645 m m0,5/s 2.Kelio sankasos keteros pločio nustatymas Kadangi kelias yra IV kategorijos, tai iš 2 lentelės nustačiau, kad keteros plotis yra 10,0 m. 2 lentelė. Kelio sankasos viršaus pločiai Kelio kategorija I II III IV V Sankasos viršaus pločiai, m 27,5 15,0 12,0 10,0 8,0 Pralaidos skersmens dp nustatymas Vamzdžio skersmenį skaičiuoju pagal formulę: (8) kur k2k - koeficientas, įvertinantis skerspjūvio formą, greičio koeficientus ir vamzdžio pripildymo laipsnį; -Koriolio koeficientas (jo reikšmė yra 1,0); Q- projektinis skaičiuojamasis debitas, m3 /s; g- laisvojo kritimo pagreitis, kuris lygus 9,81 m/s2; -šoninio suspaudimo koeficientas (jo reikšmė=1,0). 3 lentelė. Koeficientai k1k, k2k, k3k S0 φ k1k k2k k3k 0,8 0,8 0,50 1,76 2,47 0,75 0,8 0,47 1,94 2,43 Beslėgis režimas, tai kai įtekėjimas į pralaidą yra neapsemtas ir tėkmė per visą ilgį turi laisvą paviršių,t.y.vamzdis nepripildytas iki viršaus, laipsnis pagal projektavimo normas pasirenkamas nuo 0,8 iki 0,9. Aš pasirenku S=0,9. m Kadangi pralaidos keliuose įrengiamos iš standartinių 1,00; 1,25; 1,50; 1,75; 2,00 m skersmens vamzdžių, todėl aš pasirenku artimiausią standartinį skersmenį d=l,50 m. Tikslinu vamzdžio pripildymo laipsnį. Pirmiausia apskaičiuoju koeficientą k 2, kai d=l,50 m iš (8) formulės: Kadangi tokios k2k koeficiento reikšmės nėra, todėl atlieku interpuliacija: S0=0,75 φ=0,8 k2k=1,94 0,18 - 0,05 k2k=1,82 0,12 - X S0=0,8 φ=0,8 k2k=1,76 X=0,03 Perskaičiuotas S0=0,75+0,03=0,78 Taip pat (interpuliacijos metodu) apskaičiuoju k1k ir k3k: Kai S0=0,78 k1k=0,49 k3k=2,45 =91 32‘ Kritinio gylio hk apskaičiavimas Kritinį gylį hk vamzdyje apskaičiuoju pagal formulę: hk=k1k*d (9), hk=0,49*1,50=0,74 m. Kritinio nuolydžio ikr skaičiavimas Kritinį nuolydį ikr apskaičiuoju pagal formulę: (10), kur k3k, koeficientas priklausantis nuo įtekėjimo angos formos k3k=2,60 nvz- šiurkštumo koeficientas lygus 0,014; Pralaidos ilgio lp skaičiavimas Pralaidos ilgį 1p apskaičiuoju pagal formulę: 1p=bsan+2msan*Hsan (11), kur, 1p -pralaidos ilgis; bsan- kelio sankasos paviršaus plotis yra lygus (2 lentelė); msan- kelio sankasos šlaito koeficientas (jis parenkamas pagal sankasos gruntą), Hsan - sankasos aukštis, ; lp=10+2*3*1,8=20,8 m Ištekančio iš pralaidos vamzdžio vandens gylio hišt nustatymas Ištekančio iš pralaidos vamzdžio vandens gylį apskaičiuoju pagal formulę: hišt=0,8*hk (12), hišt=0,8*0,74=0,59 m. Skerspjūvio ploto Aišt ir hidraulinio spindulio Rišt nustatymas Skerspjūvio plotą ir hidraulinį spindulį radau naudojant grafiką, kuris yra pateiktas A. Lukiano knygoje „Inžinerinė hidraulika“ 6.9 pav., 105 psl. Kai , tada: Aišt=0,29*1,52=0,65 m2 Rišt=0,21*1,5=0,315 m; Žinodamas Aišt apskaičiuoju tekėjimo greitį ištekant vandeniui iš pralaidos vamzdžio pagal formulę: višt=Q/ Aišt (13), višt =1,65/0,65=2,53 m/s. 3.Normaliojo gylio h0 žemutiniame pralaidos bjefe apskaičiavimas Normalųjį gylį žemutiniame pralaidos bjefe apskaičiuoju pagal 1 formulę. Uždavinį sprendžiu gylio h parinkimo būdu. Parenku keletą gylio h reikšmių, skaičiuoju jas atitinkančias debito modulio AC=K reikšmes. Skaičiavimo rezultatus surašau į 4 lentelę. Pralaidos plotį bp apskaičiuoju pagal formulę: bp=dp (14), ,kur dp - pralaidos vamzdžio vidaus skersmuo, jį parenku iš A. Lukiano knygos „ Inžinerinė hidraulika“ 6.10 lentelės, 111psl. bp=1,5 m; Stiprinamo ruožo dugno plotis žemutiniame bjefe apskaičiuojamas pagal formulę: bžb=2bp (15), bžb=2*1,5=3,0 m; Parenku h=1m: A=(b+m*h)*h=(3,0+3*1)*1=6,0 m2; R=A/=6,0/9,32=0,64 m; Y=1,5*=0,21; m0,5/s; ; 4lentelė. Duomenys ryšio grafikui K=f(h) sudaryti h, m A, m2 , m R, m C, m0.5 /s K, m3/s 0,75 3,94 7,74 0,51 43,41 122,14 0,85 4,72 8,38 0,56 44,27 156,37 1,0 6,0 9,32 0,64 45,53 218,54 Pagal skaičiavimo duomenis braižau ryšio grafiką K=f(h) (2pav.) 2 pav. Grafikas K=f(h) Iš grafiko radau, kad kai K r =116,67 m3 /s , normalinis gylis žemutiniame pralaidos bjefe h0=0,735. Patikrinimas: Kai h=0,735 m A=(3+3,0*0,735)*0,735=3,83 m2; R=3,83/7,65=0,5 m; y=1,5*=0,21; m0,.5/s m3/s Kritinio gylio žemutiniame pralaidos bjefe apskaičiavimas Kritinį gylį žemutiniame pralaidos bjefe apskaičiuoju pagal formulę; (16), kur, A k -tėkmės skerspjūvio plotas; B k -tėkmės viršaus plotis. Pasirenku skirtingas hk reikšmes ir apskaičiuoju Ak iš 4 formulės ir Bk iš formulės: Bk =b+2*m*h (17), Parenku hk=0,3 m.: Ak=(3+3,0*0,3)*0,3=1,17 m2; Bk=3+2*3*0,3=4,8 m; m; 5lentelė. Duomenys ryšio grafikui K=f(h) sudaryti h, m Ak, m2 Bk, m , m 0,25 0,94 4,5 0,18 0,3 1,17 4,8 0,33 0,5 2,25 6,0 1,9 Pagal skaičiavimo duomenis braižau ryšio grafiką =f(h) 3pav. Grafikas =f(h) Kai , tai iš grafiko randamas kritinis gylis hk=0,285 m. Patikrinimas: kai hk=0,285 Ak=(3+3,0*0,285)*0,285=1,1 m2; Bk=3+2*3*0,285=4,71 m; m; 4.Hidraulinių tėkmės sąlygų žemutiniame bjefe nustatymas Nuo hidraulinių tėkmės sąlygų žemutiniame bjefe priklauso statinio pralaidumas, išplovimų žemutiniame bjefe dydis ir atitinkamai stiprinimo konstrukcijos parametrai. Vandens gylis hpl visiško tėkmės išsiskleidimo pjūvyje, kuris yra atstumu 1pl nuo pralaidos vamzdžio pabaigos.Apskaičiuoju pagal V. Čarnomskio formulę: (18), kur, E2 - lyginamoji pjūvio energija visiško tėkmės išsiskleidimo skerspjūvyje: Eišt - lyginamoji pjūvio energija pralaidos vamzdžio pabaigoje; iv - vagos dugno nuolydis; if - vidutinis trinties nuolydis (hidraulinis nuolydis). E2, Eišt, i f - apskaičiuoju pagal formules: (19), (20), = (21), (22), (23), (24), kur, V pl –tėkmės greitis visiško išskleidimo pjūvyje; v išt - tėkmės greitis pralaidos pabaigoje; hišt - tėkmės gylis pralaidos pabaigoje; Rišt ir Aišt - hidraulinis spindulys ir tėkmės skerspjūvio plotas, kai h=hišt Rpl ir Apl - hidraulinis spindulys ir tėkmės skerspjūvio plotas, kai h=hpl n- stiprinamo ruožo paviršiaus šiurkštumo koeficientas; jis yra didesnis negu vamzdžių šiurkštumas (paimu n= 0,02) Apskaičiuoju Eišt iš 20 formulės: Apskaičiuoju i iš 22 formulės: Atstumui nuo pralaidos pabaigos iki visiško tėkmės išsiskleidimo pjūvio skaičiuoti taikoma formulė: (25), kur, β- tėkmės, ištekančios iš pralaidos, pasiskleidimo kampas. Sparniniams antgaliams- yra lygus sparnų ir pralaidos kampui (β =45°) bp- pralaidos plotis ( kurį jau turime apskaičiavę 3.1 punkte) Bžb- Stiprinamo ruožo dugno plotis žemutiniame bjefe (apskaičiavau 3,1 punkte). Pasirenku keletą skirtingų h pl reikšmių ir pagal (18), (19), (21), (23), (24) formules skaičiuoju šiuos hpl atitinkančias lpl : Parenku h=0,1 m: A =(3+3*0,1)*0,1=0,33 m2; vpl=1,65/0,33=5,0 m; ; Rpl==0,091 m; ; i=; ; 6entelė. Duomenys ryšio grafikui lpl=f(h )sudaryti h, m Apl, m2 Vpl,m χ, m Rpl, m i i E2 lpl, m 0,1 0.33 5.0 3.63 0.091 0.24 0.125 1.37 -3.67 0,124 0.42 3.93 3.78 0.11 0.12 0.061 0.91 0.01 0,144 0.49 3.34 3.91 0.126 0.07 0.038 0.71 5.27 Pagal skaičiavimo duomenis braižau ryšio grafiką lpl =f(hpl) 4pav. Grafikas lpl =f(hpl) Kai lpl=0,75 m ,tai iš grafiko nustatau vandens gylį žemutiniame bjefe hpl, 0,127 m. Patikrinimas: kai hpl=0,127 m A =(3+3*0,127)*0,127=0,43 m2; m; Rpl= m; if=; m; Gylis hpl yra pirmasis susietas hidraulinio šuolio gylis. Antrąjį susietąjį gylį trapecinio skerspjūvio atveju skaičiuoju pagal formulę: (26), čia, hk -kritinis tėkmės gylis žemutinio bjefo stiprinamame ruože, m Kadangi 0,25*Qk ), todėl aš parenku stiprinimo konstrukciją su apsauginiu šlaitu ir akmenų bėriniu ruožo gale. Kadangi stiprinamame ruože nenumatoma įrengti tėkmės energijos slopintuvų, skaičiuoju patikslintas stiprinimo konstrukcijos ilgį pagal formulę: =3bp+khmax (31), Kur, k-parametras,priklausantis nuo stiprinimo konstrukcijos tipo, k=2,75; =3*1,5+2,75*0,91=7 m; Toliau apskaičiuoju pereinamo ruožo- nuo praplatintos vagos dalies pabaigos iki normaliojo vagos pločio ilgį. Jis apskaičiuojamas pagal formulę: lper= (bv -Bžb)*4; lper=(3,0-1,9)*4=4,4 m; Apskaičiuoju stiprinimo ruožo storį nuo žemutinio bjefo pradžios iki visiško tėkmės išsiskleidimo skerspjūvio pagal formulę: t= 0,6* hišt (32), t=0,6*0,59=0,35 m; stiprinamo ruožo ilgį apskaičiuoju pagal formulę: Lab=0,4*Lst (33), Čia Lst -patikslintas žemutinio bjefo stiprinimo konstrukcijos ilgis,m Lab=0,4*7,0=2,8 m ; Papildomai tikrinu, koks butų stiprinimo ruožo ilgis aukštutiniame bjefe. Jį skaičiuoju pagal formulę: Lvb=msan*Dg (34), čia, m san - kelio sankasos šlaito koeficientas; Dg - pralaidos vamzdžio galo skersmuo; Lvb=3,0*1,5=4,5 m; Kadangi pralaidos antgalio tipas yra sparninis, tai stiprinimo ruožo aukštutiniame bjefe dugno plotį apskaičiuoju pagal formulę: Bab=bp (35), Bab=1,5 m; Pereinamą ruožą projektuoju pagal formulę: l=4b (36), čia, l- pereinamo ruožo ilgis b=0,5(bv-Bab) (37), b=0,5(1,9-1,5) =0,2m; l=4*0,2=0,8 m; 6. Pralaidos išilginis pjūvis ir planas Kadangi greičiai aukštutiniame bjefe būna daug mažesni negu žemutiniame, todėl dugną stiprinu betono plokštėmis ant 10 cm storio žvyro-smėlio pagrindo. Vagos šlaitus stiprinu betono plokštėmis ir žemės paviršių velenuoju. Literatūra 1. A. Lukianas. Inžinerinė hidraulika. Vilnius ,,Technika" 2001. 160psl. 2. J.Duoba. Metodiniai nurodymai hidraulikos, hidrologijos ir hidrometrijos namų darbams atlikti. Vilnius, 1981. 53 psl. 3. J. Macevičius. Lietuvos upių hidrologinių charakteristikų skaičiavimo metodai. Kaunas, 1969. 494 psl. 4. A Lukianas. Hidrologiniai skaičiavimai. Vilnius ,,Technika", 1998,126 psl. 5. B. Ruplys. Hidrotechniniai statiniai. Vilnius “Mokslas",1998, 332 psl. 6. A. Poška, P. Punys. Inžinerinė hidrologija. Kaunas, 1996,451 psl.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!