ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 138
Скачиваний: 0
нием числа Re имеют нисходящий характер (рис. 74). Квадратич ная область сопротивления (турбулентный режим) достигается только при относительно больших значениях числа Рейнольдса, т. е.
R e > 1 0 V ’12. |
(146) |
Ьд(ЮОк)
Рис. 74. |
Зависимость Я =/ |
(Re) |
(по данным опытов В. И. Блажис). |
|||||||
1 —трубы, |
тщательно сложенные, |
d —50 |
мм; |
2 — то же, d=75 |
мм; 3 — то же, й = |
|||||
= 100 мм; |
4 — то же, d=\2b мм; 5 — то же, d = l 60 мм; 6 — то же, |
d —200 мм; 7 — трубы, |
||||||||
передвинутые |
относительно |
друг |
друга |
на |
5 |
мм, d = 50 мм; 8 — трубы, |
передвинутые |
|||
относительно |
друг друга на |
10 |
мм, d= 160 |
мм; |
9 — трубы, передвинутые |
относительно |
||||
|
|
друг |
друга на |
10 мм, а?=200 мм. |
|
|
||||
На |
основании |
приведенных |
лабораторных |
исследований |
|||||
Б. И. |
Блажис |
[23] |
получил следующие расчетные формулы: |
|
|||||
а) |
для гончарных дренажных труб |
|
|
|
|
||||
|
|
|
2,75 • 10-5 |
)*+( |
9,53 • 10-6 |
|
|
|
|
|
v= |
-3,63 |
■«[( |
v • d |
)I>8) <Л5/ 0’5; |
(147) |
|||
б) |
для бетонных дренажных труб |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
3,51 • 10-5 |
+ |
9,53 • 10-6 y,8j |
^0,5у0,5 |
(148) |
||
|
*0= —3,33 lg [(■ |
|
v • d |
|
|
||||
где d — внутренний диаметр труб, м; / — продольный уклон дре нажной линии; v — средняя скорость течения воды, м/с.
Как известно, дренажные трубопроводы в большинстве случаев работают не с полным, а частичным наполнением. Это относится главным образом к осушительным дренам и коллекторам малых дренажных систем. Оказывается, что фактические гидравлические
214
характеристики частично наполненных дрен значительно отли чаются от характеристик, полученных по формуле Шези (рис. 75).
Для расчета скоростей течения воды в частично наполненных трубах дается поправочный коэффициент
/^=0,93т°'18, |
(149) |
гд ет= — h — глубина наполнения.
а
ОА 0.5 0.6 0,7 0.8 0.9 1.0 1,1v/vт
Рис. 75. Зависимость
/ — по формуле |
o —c Y f i l ; II — по формуле |
В. И. Бла- |
|||||
жис; |
I — 5=100 |
мм, |
7=0,2%; 2 — *7=100 мм, |
7=0,4%; |
3 — |
||
5=100 |
мм, |
7=0,8%; |
4 — *7=160 мм, |
7=0,2%; 5 — *7=160 |
мм, |
||
7= 0,21%; 6 |
— *7=160 мм, 7=0,42%; |
7 — *7=160 мм, 7=0,81%. |
|||||
Учитывая этот коэффициент, формула для определения скорости потока в частично наполненных гончарных дренажных трубах имеет вид
0,18 |
6,87 • Ю-s |
\2 + ( 2,38-Ю-б,)!’8] ^ 0,5/ 0,5. (150) |
|||
v = —6,75т1 |
>g|(. |
R |
|
|
К4 )качест |
К. Ф. Алеканд |
[8] установил, |
что кривые |
ИдолV |
||
венно соответствуют кривым, рассчитанным по классической фор муле равномерного движения (Шези) и по формуле Блажиса. Но в количественном отношении имеется некоторое расхождение. Оказывается, что при малых уклонах (0,002; 0,004) упомянутые кривые зависимости располагаются ближе к кривой, полученной по
215
формуле Шези, а при больших уклонах (0,008; 0,016) — к кривой Блажиса. По данным Алеканда, область квадратичного сопротивле ния наступает при меньшем значении числа Re, чем в опытах Бла жиса.
Для расчета дренажных трубопроводов в некоторых зарубеж ных странах в последнее время рекомендуется формула Прандт- ля—Колебрука [297]:
У 8g log |
2,51 |
V d l , |
051) |
|
V2gTl |
||||
~ |
|
|
где k — абсолютная шероховатость, меняющаяся в пределах 0,50— 0,65 (рекомендуемая величина &= 0,65).
Расчетные формулы, выведенные для переходной зоны сопро тивления, получены пренебрегая рядом факторов, влияющих на за кономерность изменения коэффициента сопротивления [8]. Поэтому гидравлический расчет дренажа с достаточной для мелиоративной практики точностью можно произвести по формулам квадратичной области сопротивления и характеризовать гидравлические сопро тивления коэффициентом шероховатости п. Об этом свидетель ствуют также приведенные в табл. 95 данные. Видно, что формула Гауклера—Маннинга—Штриклера при k = 93 дает практически те же значения скорости потока воды, что и формулы (147) и (151).
Для практических гидравлических расчетов дренажных трубо проводов составлены таблицы и номограммы [268, 269, 283].
Таблица 95
Скорости течения воды в дренажных трубопроводах (м/с), рассчитанные по формулам различных авторов
d см |
|
|
Прандтль--Колебрук |
Гауклер--Маннинг—Штриклер |
|
|||
I % |
Блажис |
ft = 0,65 |
*= 0,50 |
ft= 93 |
ft= 75 |
ft= 65 |
Куттер |
|
|
|
|
|
|||||
6,5 |
0,1 |
0,16 |
0,17 |
0,18 |
0,19 |
0,15 |
0,13 |
0,12 |
|
0,5 |
0,40 |
0,40 |
0,41 |
0,42 |
0,34 |
0,29 |
0,27 |
|
1,0 |
0,58 |
0,57 |
0,59 |
0,60 |
0,48 |
0,42 |
0,38 |
|
5,0 |
1,37 |
— |
— |
1,33 |
1,08 |
0,93 |
0,85 |
|
10,0 |
1,95 |
— |
— |
1,89 |
1,52 |
1,32 |
1,20 |
13,0 |
0,1 |
0,27 |
0,28 |
0,28 |
0,30 |
0,24 |
0,21 |
0,21 |
|
0,5 |
0,64 |
0,63 |
0,65 |
0,67 |
0,54 |
0,47 |
0,48 |
|
1,0 |
0,93 |
0,90 |
0,93 |
0,95 |
0,77 |
0,66 |
0,68 |
Допускаемая длина осушительных дрен различных диаметров.
Пользуясь соответствующими формулами и номограммами для опре деления водопропускной способности гончарных дрен можно опре делить максимально допускаемую длину осушителей в зависимости от их диаметра, а также соотношение общей длины осушительных дрен и коллекторов в дренажной системе. Одна осушительная дрена
216
способна отводить воду с площади |
|
|
|
F = j ~ , |
(152) |
||
где q — расчетный модуль дренажного стока, л/(с*га); |
Q — расход, |
||
определяемый по формуле (140). |
|
определить |
|
Если известна ширина между дренами Е, можно |
|||
максимально допускаемую длину осушительных дрен 1ыакс\ |
|||
Iмакс |
F |
(153) |
|
Е |
|||
|
|
||
При нормативном минимальном продольном уклоне дрен i, равном 0,3%, в зависимости от их диаметра по формуле Блажиса получаем расходы и осушаемые площади, приведенные в табл. 96.
Таблица 96
Расход дрен Q и осушаемая площадь F в зависимости от диаметра дрен d
при t= 0,3°/«
d с м ............................... |
4,0 |
5,0 |
7,5 |
10,0 |
Q л / с ............................... |
0,26 |
0,47 |
1,42 |
3,13 |
F г а ............................... |
0,31 |
0,57 |
1,71 |
3,77 |
Величины максимально допускаемой длины осушительных дрен при разных Е даны в табл. 97.
Таблица 97
Максимально допускаемая длина осушительных дрен (м) в зависимости от их диаметра при г = 0,3°/о
а
н
<4 Диам
* !дрен
d см
Расстояние между дренами Е м
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
30 |
4,0 |
310 |
258 |
221 |
194 |
172 |
155 |
141 |
129 |
119 |
п о |
103 |
5,0 |
570 |
475 |
407 |
356 |
317 |
285 |
259 |
237 |
219 |
204 |
190 |
7,5 |
1710 |
1425 |
1221 |
1069 |
950 |
855 |
777 |
712 |
658 |
610 |
570 |
10,0 |
3770 |
3141 |
2692 |
2356 |
2094 |
1885 |
1714 |
1571 |
1450 |
1346 |
1257 |
Из приведенных данных видно, что увеличение диаметра осу шительных дрен в подходящих условиях рельефа дает возможность резко увеличить их длину и тем самым сократить длину дренажных коллекторов, а также величину дважды осушенной площади.
В одинаковых «идеальных» условиях проектирования дренаж ных систем, т. е. когда 1 = 1Макс длина дренажных коллекторов L на 100 га осушаемой площади Fm ориентировочно может быть определена по следующей зависимости:
L = - £ f - - E , |
(154) |
где F — площадь, осушаемая одной осушительной дреной данного диаметра, га.
217
Как видно из табл. 98, величины L сильно меняются в зависи мости от диаметра осушительных дрен.
Таким образом, при Е = 20 м, применяя осушительные дрены диаметром 7,5 см вместо 5,0 см, можно уменьшить длину коллек торных линий на 100 га площади на 2340 м, а при применении дрен диаметром 10,0 см — на 2929 м.
При переходе на больший диаметр осушителей сокращается также число соединений дренажных трубопроводов. Так, при /=Тмакс на 100 га площади, применяя трубы диаметром 4,0 см, не-
Таблица 98
Общая длина дренажных коллекторов (м) на 100 га осушаемой площади
при различных Е в зависимости от диаметра осушительных дрен (по X. Смилга)
о.
н
О) Диам дрен
d см
Расстояние между дренами Е м
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
30 |
4,0 |
3225 |
3871 |
4516 |
5161 |
5806 |
6452 |
7097 |
7742 |
8387 |
9032 |
9677 |
5,0 |
1754 |
2106 |
2456 |
2807 |
3158 |
3509 |
3860 |
4210 |
4561 |
4912 |
5263 |
7,5 |
585 |
702 |
819 |
936 |
1053 |
1169 |
1286 |
1403 |
1520 |
1637 |
1754 |
10,0 |
265 |
318 |
371 |
424 |
477 |
530 |
583 |
637 |
690 |
743 |
796 |
обходимо выполнить 323 присоединения, диаметром 5,0 см — 176 присоединений, а диаметром 7,5 см — только 59 присоединений.
В практике;, как известно, не всегда проектируются дрены максимально возможной длины, поэтому не всегда удается исполь зовать упомянутые гидравлические преимущества дрен увеличен ного диаметра. Применение длинных осушительных дрен часто не возможно из-за условий рельефа — малый или неравномерный уклон поверхности. Однако при проектировании К 1 МаКс возникает другая возможность — уменьшение минимального продольного уклона для дрен более крупного диаметра. По вышеприведенным формулам нетрудно подсчитать, что, например, дрена диаметром 7,5 см, заложенная с продольным уклоном 7 = 0,1 %, обеспечивает примерно такой же расход, как дрена диаметром 5,0 см при уклоне 1,0%. Надо отметить, что в США для осушительных дрен крупного нормативного диаметра (12,7 и 15,2 см) допускается в 10 раз мень ший минимальный продольный уклон, чем в нашей стране для дрен с относительно малым нормативным диаметром (5,0 см), т. е. в пер вом случае (= 0,03%, а во втором i = 0,3%.
Возможность уменьшения величины минимального продольного уклона приобретает весьма существенное практическое значение при проектировании дренажа в условиях ровного рельефа, где не обходимо придавать дренам искусственный продольный уклон. Это позволяет обеспечить более равномерное осушение почв в пределах дренажной системы, а главное — значительно уменьшить протяжен ность дорогостоящих открытых дренажных коллекторов, сокращая тем самым расходы на техническую эксплуатацию осушительных систем и улучшая использование дренированной площади.
218