Файл: Рабинович, Е. З. Гидравлика учебник.pdf

Для всех этих сечений, как нетрудно установить, гидравлический радиус равен половине наибольшей глубины наполнения

что для полукруглого сечения соответствует половине радиуса круга

На практике широкое распространение получили каналы тра­ пецеидального сечения; полукруглые же или многогранные сечения применяются значительно реже из-за трудности их выполнения и значительной стоимости. Наиболее часто применяются каналы, от­ рытые непосредственно в земле. В этих случаях, однако, трапецеи­ дальные сечения редко получают форму наивыгоднейшего профиля в виде половины правильного шестиугольника с углом а = 60°, так как при этом требуется искусственное крепление (обделка) боковых стенок канала. Обычно этот угол выбирается в соответствии с углом естественного откоса грунта, и, таким образом, задача сво­ дится к определению (при заданных площади сечения и угле откоса) соотношения между шириной и глубиной, при котором периметр будет наименьшим. __

Углы откосаа (и соответствующие им значения откосов т = ctga) стенок канала для различных грунтов ориентировочно могут быть взяты из табл. 51.

При заданной площади сечения F и угле откосаа для определе­ ния наивыгоднейших размеров сечения служат выражения

из которого определяется глубина наполнения h, и

(7.16)

из которого по известному h может быть определено значение ши­ рины b по дну.

264

Эти выражения могут быть получены следующим образом Из рис. 193 имеем

b\ ~ b 2hm

и

а = h \ri + m2,

где

m= ctg a.

При этом для площади живого сечения получаем

F = -b + Ъ+ 2hm ■h = bh-\- №т.

Тогда смоченный периметр

А — b -{- 2а — Ь 2h Y \ -г m2.

Подставляя сюда вместо Ь его значение из предыдущего выражения

b = — — hm, h

находим

А = —-----bm-\-2h Y 1 +-m2. h

Как указывалось, для гидравлически напвыгоднейшего сечения при задан­ ной постоянной площади сечения F смоченный периметр А должен быть наимень-

получаем

R + (2 Yi + m2 — т) h

2 (2 У 1 + m2 — т)

и, следовательно,

Д = 2- .

§ 81. ДОПУСТИМЫЕ СКОРОСТИ

При больших скоростях движения жидкости в открытых каналах появляется опасность размыва стенок и дна канала. Поэтому ско­ рость приходится ограничивать до определенных предельных зна­ чений, устанавливаемых в каждом отдельном случае в зависимости от рода грунта или способа укрепления русла, т. е. от материала стенок и дна канала. В табл. 52 приведены примерные значения предельных скоростей для различных грунтов при R = 1 -г- 3 м.

Таблица 52

Однако при очень малых скоростях взвешенные частицы (наносы), влекомые потоком (муть, мелкий песок и т. д.), могут выпадать и откладываться на дне канала. Для предотвращения образования осадков на дне канала или, как говорят, заиления канала оказы­ вается необходимым ограничивать также и наименьшую величину средней скорости. Так, средняя скорость для воды, несущей муть, должна быть не менее 0,25 м/с, а для воды с мелким песком — не

менее 0,5 м/с.

Наименьшая допустимая скорость для каналов значительной

которая может быть представлена также и в более общем виде:

В этой формуле h — глубина наполнения канала, а — некоторый коэффициент, значение которого выбирают в зависимости от состава наносов (см. табл. 53).

266

пригодная для каналов гидравлически наивыгоднейшего сечения; здесь п — коэффициент шероховатости по Маннингу.

Необходимо учесть, что ввиду большой сложности указанных явлений приведенные здесь данные следует рассматривать как весь­ ма приближенные, пригодные лишь для ориентировочных (прикидочных) расчетов.

§82. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В САМОТЕЧНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

Кбезнапорным (самотечным) трубопроводам относятся канали­ зационные трубы, водосточные каналы (ливнеспуски), самотечные нефтепроводные и водопроводные трубы и т. д.

Наиболее распространенными формами сечений безнапорных

Рис. 194

наибольшая скорость в них имеют место не при полном, а лишь при частичном наполнении. Объясняется это тем, что при заполнении верхней части подобных сечений смоченный периметр растет бы­ стрее, чем площадь, и поэтому начинает уменьшаться гидравличе­ ских! радиус, что приводит одновременно к уменьшению скорости и расхода.

Гидравлические расчеты безнапорных трубопроводов выполня­ ются аналогично расчетам открытых каналов, что естественно, по­ скольку безнапорный трубопровод представляет собой по существу также открытый канал; отличием трубопроводов от каналов в гид­ равлическом смысле является только отмеченное выше уменьшение гидравлического радиуса трубопроводов при заполнении его верхней

267

части, в то время как гидравлический радиус каналов все время возрастает с увеличением наполнения.

Для упрощения расчетов значения характеристик трубопроводов

S 83. БЕЗНАПОРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ПРИ ЛАМИНАРНОМ РЕЖИМЕ

На практике, например, при сливе весьма вязких нефтей и нефте­ продуктов и их течении в открытых лотках и самотечных трубах, при решении некоторых задач в области химического и нефтезавод-