Гидравлика

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации
Российский государственный гидрометеорологический институт
Факультет заочного обучения
Методические указания по дисциплине
ОБЩАЯ И РЕЧНАЯ ГИДРАВЛИКА
(общая гидравлика)
Специальность - гидрология суши
Курс III
Санкт-Петербург
1992

Стоимость выполнения контрольных работ 1, 2 составляет 4000 руб (всего 20 задач)
Выполнены варианты по шифрам *10, *17, *22, *27, *37, *72

Контрольная работа 1

Задача 1
Донное отверстие в плотине перекрывается плоским прямоугольным наклонным щитом шириной b = 6 м. Глубина воды в верхнем бьефе h1 = 17 м, глубина в нижнем бьефе h2 = 0,5h1 = 8,5 м, высота донного отверстия t = 0,75h1 = 12,75 м, угол наклона щита α = 700. Щит может поворачиваться вокруг оси, которая проектируется в точку А.
Определить:
1) силу гидростатического давления воды на щит слева и справа (Р1 и Р2);
2) силу суммарного давления на щит (Р);
3) положение равнодействующих сил давления слева и справа (уД1 и уД2);
4) положение равнодействующей силы суммарного давления (уД);
5) силу Т, необходимую для поднятия щита.
Задачу решить графоаналитическим методом с построением эпюр давления.

Задача 2
Канал шириной b = 5,3 м перегорожен вертикальной стенкой. Глубина воды в верхнем бьефе h1 = 4,4 м, глубина в нижнем бьефе h2 = 0,5h1 = 2,2 м.
В нижней части стенки устроен прямоугольный щит высотой а = 0,75h1 = 3,3 м. Щит может поворачиваться вокруг оси, которая проектируется в точку А, Найти силу Т, необходимую для удержания щита в вертикальном положении. Задачу решить аналитическим методом.

Задача 3
Найти массу погонного метра (ширина b = 1 м) плотины треугольного сечения (для вариантов а и b), необходимую для обеспечения устойчивости сооружения на сдвиг и опрокидывание при коэффициенте устойчивости β = 1,5 и коэффициенте трения f = 0,6. Известно, что глубина воды перед плотиной h = 12 м, угол наклона грани плотины α = 620, толщина основания плотины К = 0,75h = 9 м. Определить, какой вариант плотины экономичнее.

Задача 4
Определить силу гидростатического давления, испытываемого осью сегментного затвора, и найти направление равнодействующей этого давления. Глубина воды перед затвором h = 4,5 м, высота опоры t = 1,25h = 5,6 м, радиус затвора r = 1,75h = 7,9 м, ширина затвора b = 22 м, центральный угол затвора α = 350.

Задача 5
Определить характер режима потока для следующих случаев:
а) в реке с формой сечения, близкой к прямоугольной при ширине В=18 м, глубине h = 2,2 м, средней скорости V = 1,25 м/с, температуре воды t = 15 0С;
б) в канале трапецеидального сечения при ширине по дну b = 1,3 м, глубине h = 2,5 м, коэффициенте откоса m = 1,5, средней скорости движения воды V = 0,7 м/с, температуре воды t = 18 0С;
в) в водопроводной трубе диаметром d = 0,065 м, при средней скорости V = 2,0 м/с, температура воды t = 6 0С;
г) в нефтепроводе при диаметре трубы d = 0,35 м, средней скорости движения нефти V = 0,28 м/с, кинематическом коэффициенте вязкости ν = 96 х 10-6 м2/с.

Задача 6
При ламинарном движении определить местную скорость на расстоянии r = 0,2d = 0,0028 м и r = 0,35d = 0,0049 м от оси трубы, среднюю скорость, максимальную скорость и расход воды в трубе диаметром d = 0,014 м, если пьезометры, установленные на расстоянии l = 9,4 м друг от друга, показывают разность в отсчетах hl = 0,01 м. Температура воды t = 10 °С.

Задача 7
Определить расход воды в водопроводной чугунной трубе переменного сечения при следующих данных: напор воды H = 38 м; длины отдельных участков трубопровода - l1 = 65 м; l2 = 150 м; l3 = 220 м; диаметры: d1 = 0,6 м; d2 = 1,5 м; d3 = 0,7 м. На середине третьего участка трубы находится задвижка, открытая на половину отверстия. По результатам расчетов построить линии гидравлического (а) и пьезометрического (б) уклонов.

Задача 8
Вода протекает через три резервуара, соединенными между собой отверстиями. В боковой стенке резервуара 1 устроено квадратное отверстие со стороной квадрата а = 0,16 м; в резервуаре 2 имеется донное круглое отверстие диаметром d = 0,18 м, снабженное внешним цилиндрическим насадком; в боковой стенке резервуара 3 также имеется круглое отверстие с тем же диаметром d, но снабженное внутренним цилиндрическим насадком.
Определить расход воды, вытекающей из отверстия в третьем резервуаре при постоянном напоре воды в системе Н = 9 м. Найти также перепады уровней воды Z1, Z2 и напор воды Н3.

Задача 9
Определить время выравнивания уровней воды в двух соседних камерах многокамерного шлюза при следующих данных: ширина камер b = 18 м, длина камер l = 70 м, диаметр трубы, соединяющей камеры d = 1,8 м, перепад уровней воды z = 5 м. Коэффициент расхода для водопроводной галереи принять μ = 0,7.

Задача 10
Определить время опорожнения водохранилища через донное отверстие диаметром d = 1,6 м при изменении напора воды от Н1 = 18 м до Н2 = 12 м, если из реки поступает постоянный расход воды Q = 8,5 м3/с.

Контрольная работа 2

Задача 11
В русле реки, форма сечения которого близка к трапецеидальной, при отметке уровня воды ▼1 = 25,3 м в условиях, близких к равномерному движению, измерен расход воды Q = 98 м3/с. Ширина русла по дну b = 43 м, коэффициент откоса m = 2, уклон дна i = 0,22%, отметка дна русла ▼0 = 22,0 м.
Определить:
1) коэффициент шероховатости n при отметке уровня воды ▼1, пользуясь для нахождения коэффициента Шези С формулами Павловского и Агроскина; 2) максимальный паводковый расход для данного русла, который проходил при отметке высоких вод ▼max = 26,4 м, пользуясь для определения С формулами Павловского и Агроскина и принимая значение коэффициента n одинаковым при рассматриваемых двух наполнениях русла.

Задача 12
Найти среднюю скорость движения воды в широком прямоугольном русле при наличии ледяного покрова и без него. Результаты сравнить и объяснить причину расхождения.
Известно, что русло реки земляное в весьма благоприятных условиях, чистое и прямое; на момент образования ледяного покрова шуга в реке отсутствовала; ширина русла В = 350 м, средняя глубина h = 8,5 м, уклон водной поверхности I = 0,18%.

Задача 13
Определить уклон, который необходимо придать дну проектируемого водотока трапецеидального сечения, чтобы он пропустил расход воды Q = 135 м3/с при ширине канала по дну b = 5 м, глубине h = 6,4 м. Канал будет прорыт в легком суглинке. Проверить, чтобы скорость движения воды в канале не превышала допустимую неразмывающую скорость. При невыполнении этого условия необходимо предусмотреть бетонировку дна и стенок водотока.

Задача 14
Рассчитать трапецеидальный канал гидравлически наивыгоднейшего сечения при следующих данных: расход воды Q = 25 м3/с, уклон дна канала i = 0,19 %, канал будет прорыт в плотной глине.

Задача 15
Определить глубину, скорость и уклон, при которых может произойти изменение состояния потока в канале трапецеидальной формы сечения при расходе воды Q = 55 м3/с, коэффициенте откоса m = 1,25, ширине канала по дну b = 8,4 м. Дно канала земляное, откосы покрыты бетонной облицовкой. Расчет вести для средних условий.

Задача 16
В трапецеидальном русле при ширине по дну b = 25 м, уклоне дна i = 0,3%, коэффициенте откоса m = 1,5 и коэффициенте шероховатости n = 0,025 проектируется плотина. При расходе воды Q = 190 м3/с определить нормальную глубину h0 и при глубине воды у плотины hп = 17 м рассчитать и построить на чертеже кривую подпора методом Бахметева. Необходимо также определить глубину воды h на расстоянии L = 15 км от подпорного сооружения (снять с кривой подпора). α = 1,1

Задача 17
Построить совмещенный график удельной энергии сечения и прыжковой функции для канала трапецеидального сечения, если известен расход воды Q = 62 м3/с, ширина канала по дну b = 6,4 м, коэффициент откоса m = 1,5. Пользуясь этим графиком, определить критическую глубину hк, по одной взаимной глубине h = 0,4hк найти вторую взаимную глубину h, величину теряемой энергии в прыжке и его высоту. α = 1,1

Задача 18
Определить расход воды через водослив с острым гребнем без бокового сжатия при ширине гребня b = 1,9 м, высоте стенки водослива С = 1,15 м, напоре воды Н = 0,7 м и глубине воды в нижнем бьефе hН = 1,4 м.

Задача 19
Определить расход воды через неподтопленную водосливную плотину безвакуумного профиля, построенного по координатам Кригера – Офицерова. Известно, что ширина водосливного отверстия b = 28 м, высота водосливной стенки Св = 15 м, параметр а = 12 м, угол αН = 550, угол αВ = 300, расчетный напор воды Н = 5,4 м, профилирующий напор Нпроф = 10 м, скорость подхода воды V0 = 2,2 м/с. Береговые устои имеют прямоугольную форму в плане.

Задача 20
На участке мостового перехода оставшиеся следы паводка показывают, что отметки уровней воды были следующие: = 72,7 м; = 72 м; = 71,4 м; отметка дна русла = 69 м. Сечение реки, близкое к прямоугольному с шириной В = 20 м. Ширина мостового отверстия b = 10,8 м, длина участка сужения русла δ = 15 м; устои моста имеют прямоугольную форму в плане.
Определить паводковый расход воды в реке и найти среднюю скорость движения под мостом.