Расчет сопряжения бьефов при маневрировании затворами

После возведения гидроузла нарушаются естественные условия прохождения паводков: они пропускаются через водопропускные сооружения, суммарная ширина которых обычно меньше ширины потока в русле реки, со скоростями значительно большими, чем скорость течения воды в естественных условиях.

Гашение энергии в основном происходит за счет турбулизации потока при образовании вихрей, соударении струй, при динамическом воздействии на препятствия и перемещения частиц грунта русла реки при процессах эрозии (размыва). Значительные потери энергии сбросного потока происходят в водоворотных зонах и, в частности, в гидравлическом прыжке, который является эффективным гасителем кинетической энергии, при этом часть энергии расходуется на колебания крепления, основания и на образование волн.

Условия работы крепления нижнего бьефа, предназначенного для защиты русла реки от размыва сбросным потоком на участке гашения его избыточной кинетической энергии, зависят в значительной мере от режима (вида) сопряжения потока с водной массой в нижнем бьефе.

Наиболее эффективное гашение энергии происходит при донном режиме сопряжения бьефов на участке донного гидравлического прыжка.

В ходе расчета выявляется, в каком случае возникает наиболее опасный случай сопряжения бьефов при маневрировании затворами.

Рассмотрим случаи:

1. центральный затвор открыт на ;

2. все затворы открыты на ;

3. центральный затвор открыт на ;

4. все затворы открыты на ;

5. центральный затвор открыт полностью ;

6. все затворы открыты полностью ;

7. поверочный  

Для каждого из расчетных случаев следует определить, затоплен или отогнан прыжок. При этом необходимо учитывать влияние на положение прыжка пространственного растекания.

Условие затопления гидравличес-кого прыжка:

где  - раздельная глубина прыжка;  - бытовая глубина в нижнем бьефе.

 

2.4.1 определение расхода через один водосливной пролет при различных открываниях затвора:

Для определения расхода через водосливное отверстие используем формулу “истечения из-под щита”:

 

 

где  - расход через один водосливной пролет при открытии затвора на высоту ;

 - ширина водосливного пролета;

 - коэффициент скорости.

 

Коэффициент вертикального сжатия струи определяем по формуле А.Д. Альтшуля:

 

где  - относительное открытие затвора.

а) центральный затвор открыт на :

 

 

б) центральный затвор открыт на :

 

 

в) центральный затвор открыт полностью на :

Принимаем Q=416,7 м³/с

 

г) Поверочный. :

 

Принимаем Q=1000 м³/с

 

2.4.2 определение сжатой глубины:

Сжатая глубина за водосливом определяем по формуле:

 

 

 - коэффициент скорости;

Т – полный запас энергии в ВБ над искомым сечением.

Расчет сжатой глубины проводим с помощью последовательных приближений. В первом приближении принимаем . Приближения необходимо проводить, пока значения  двух приближений не сойдутся с точностью 1 см.

а) центральный затвор открыт на , :

1-е приближение:

 

 

2-е приближение:

 

 

3-е приближение:

 

 

б) центральный затвор открыт на , :

1-е приближение:

 

2-е приближение:

 

 

3-е приближение:

 

 

в) центральный затвор открыт на , :

1-е приближение:

 

 

2-е приближение:

 

 

3-е приближение:

 

 

г) Поверочный. Затвор открыт на , :

1-е приближение:

 

 

2-е приближение:

 

 

3-е приближение:

 

 

4-е приближение:

 

 

2.4.3 определение раздельных глубин :

Пусть прыжок находится в критическом состоянии, т.е .

Раздельную глубину прыжка в плоских условиях определяют как сопряженную со сжатой:

 

 

а) центральный затвор открыт на , , :

 

б) центральный затвор открыт на , , :

 

 

в) центральный затвор открыт на , , :

 

 

в) центральный затвор открыт на , , :

 

 

2.4.4 изменение бытовых глубин при режиме маневрирования :

1.

2.

3.

4.  

5.

6.

7.

 

Результаты вычислений сводим в таблицу:

 

№

а

Q'a

q

hкр

hсж

h"

Kпр

h"пр

hб

h"пр-hб

ВЫВОД