Определение критической глубины

Критической глубиной h_к называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения.

Если задано поперечное сечение русла, а также расход Q₀, то критическая глубина определяется из уравнения:

(2.10)

где Э — удельная энергия сечения, м, определяемая по формуле

(2.11)

Для дорожно-мостового и аэродромного строительства при движении жидкости в каналах коэффициент Кариолиса принимают α=1,1.

Дифференцируя выражение (2.11) по h из условия при глубине, равной критической, получаем уравнение критического состояния потока

(2.12)

где g— ускорение свободного падения, м/с²; ω_k - площадь живого сечения при критической глубине, м²; B_k- ширина канала поверху при критической глубине, м.

(2.13)

Метод подбора для определения критической глубины для трапецеидального русла.

м²

Таблица 2.2

h
h1	0,50	1,85	5,20	1,22
h2	0,70	3,01	6,40	4,26
h3	0,90	4,41	7,60	11,29

(определяем графоаналитическим методом, приложение2)

Определение критического уклона

Критическим уклоном называется такой уклон, при котором заданный расход Q₀ проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной h_к , т.е. При соблюдении равенства

Определение критического уклона может быть произведено:

а) непосредственно по формуле

(2.14)

где при предварительно найденной глубине h_к для данного русла и при заданном расходе Q₀ определяются следующие величины: ω_k ,χ_k ,C_k ,R_k ;

б) по уравнению

(2.15)

Вывод: в подводящем канале нормальная глубина больше критической глубины > , заданный уклон сооружения меньше критического уклона < ; состояние потока спокойное.

Расчёт канала гидравлически наивыгоднейшего профиля(поперечного сечения)

Гидравлически наивыгоднейшем профилем (ГНП) называется такой, у которого при заданной площади поперечного сечения ω, уклоне i₀ , шероховатости и коэффициенте заложения откоса пропускная способность Q₀ оказывается наибольшей.

Малые каналы дорожного и аэродромного водоотвода целесообразно проектировать с гидравлически наивыгоднейшим сечением.

Для трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего сечения относительная ширина β_гн=b/h определяется по формуле

(2.16)

При заданной площади живого сечения ω и уклона i₀ расход Q₀ , средняя скорость течения V, гидравлический радиус R будут наибольшими, а смоченный периметр χ— наименьшим. Гидравлический радиус трапецеидального канала при этом равен R_гн=h/2, т.е. равен половине глубине канала.

Графоаналитический способ для определения гидравлически наивыгоднейшего сечения, т.е. h_гн и b_гн .

Q₀= 4,3 м³/с

Таблица 2.3

h
h1	0,5	0,16	0,83	0,25	28,79	0,53
h2	1,0	0,32	3,32	0,50	33,94	2,52
h3	1,5	0,48	7,47	0,75	37,36	7,64

h_гн =1,257 м

(2.17)