background image

 
 
 
 
 
 
 
 

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 

Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji 

 
 

 

Mechanika płynów 

 

Ćwiczenie domowe nr 3 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Katarzyna Wójcik 
kierunek Inżynieria Środowiska 
rok 1, semestr 2, grupa 6 
studia stacjonarne, 1-go stopnia 
rok akademicki 2011/2012 

 
 
 
 
 
 

background image

Zadanie I : Zaprojektować przekrój koryta otwartego 

 
DANE:  
 
        

 

   

 
 

 

                

 
                    
 

          
 
              
 
 
 

1.  Obliczam pole powierzchni przepływu F  

 

      

        

 

  

 
        
 
 
         
 
 
                      

         

 

 

                                            

          

 

 

      

        

 

   

                

 

 

             

 

 

              

  

 

2.  Obliczam obwód zwilżony U 

 
ZAŁOŻENIE: koryto jest symetryczne x=y 
 
 

           

 

 

 

     

 

    

 

 

 

 

 

     

 

 

 

    

 

 

 

 

 

     

 

  

 

     

 

         

 

     

 

 
 

         

 

          

 

              

 

        

 

                

 

 
 

background image

 
 
3.  Obliczam promień hydrauliczny Rh 
 
 

 

 

   

 

 

 

            

          

 

 

4.  Dobieram współczynnik szorstkości n =0,020  

 

5.   Obliczam wydatek przepływu Q 

 

       

  

   

 
 

  

 

 

 

     

 
       33         
 

 

 

     

            

          

  

 

        

    

 

  

 

   

 

 

     

 

Wykres zależności b = f(Q) 

 

b

 

F

 

U

 

Rh

 

n

 

Q

 

 

h  [m]

 

[m]

 

[m^2]

 

[m]

 

[m]

 

 

 

[m3/s]

 

 

1,7

 

1

 

6,035

 

7,1294

 

0,8465

 

0,02

 

0,00035

 

5,0516

 

 

 

2

 

7,735

 

8,1294

 

0,9515

 

0,02

 

0,00035

 

6,9995

 

 

 

3

 

9,435

 

9,1294

 

1,0335

 

0,02

 

0,00035

 

9,0215

 

 

 

4

 

11,135

 

10,1294

 

1,0993

 

0,02

 

0,00035

 

11,0943

 

 

 

5

 

12,835

 

11,1294

 

1,1533

 

0,02

 

0,00035

 

13,2033

 

 

 

6

 

14,535

 

12,1294

 

1,1983

 

0,02

 

0,00035

 

15,3392

 

 

 

7

 

16,235

 

13,1294

 

1,2365

 

0,02

 

0,00035

 

17,4956

 

 

 

8

 

17,935

 

14,1294

 

1,2693

 

0,02

 

0,00035

 

19,6679

 

 

 

9

 

19,635

 

15,1294

 

1,2978

 

0,02

 

0,00035

 

21,8528

 

 

 

10

 

21,335

 

16,1294

 

1,3227

 

0,02

 

0,00035

 

24,0480

 

 

 

11

 

23,035

 

17,1294

 

1,3448

 

0,02

 

0,00035

 

26,2516

 

 

 

12

 

24,735

 

18,1294

 

1,3644

 

0,02

 

0,00035

 

28,4622

 

 

 

13

 

26,435

 

19,1294

 

1,3819

 

0,02

 

0,00035

 

30,6786

 

 

 

14

 

28,135

 

20,1294

 

1,3977

 

0,02

 

0,00035

 

32,8999

 

 

 

15

 

29,835

 

21,1294

 

1,4120

 

0,02

 

0,00035

 

35,1255

 

 

 

16

 

31,535

 

22,1294

 

1,4250

 

0,02

 

0,00035

 

37,3547

 

 

 

17

 

33,235

 

23,1294

 

1,4369

 

0,02

 

0,00035

 

39,5871

 

 

 

18

 

34,935

 

24,1294

 

1,4478

 

0,02

 

0,00035

 

41,8223

 

 

 

17,2

 

33,575

 

23,3294

 

1,4392

 

0,02

 

0,00035

 

40,0339

 

 

 

 
 
 
 
 
 

background image

Krzywa konsumpcyjna: 

 

 

 

 

 

O liczam  łąd względny 

 

    

                 

     

                  

 

Wyniki:  
 

b = 17,2 m 
 

= b + 2a = 17,2 + 5,1 = 

22,3 m 

 

Zadanie II.

 

O liczyć szerokość przelewu " 

j

" usytuowanego w zaprojektowanym korycie, 

gdy jest to przelew o szerokiej koronie

 

 
Dane: 
 
            
 
               
 
           
 
         

 

    

 
 

 

                

 
          
 
          
 

5,

05

16

 

6,

99

95

 

9,

02

15

 

11

,0

94

3

 

13

,2

03

3

 

15

,3

39

2

 

17

,4

95

6

 

19

,6

67

9

 

21

,8

52

8

 

24

,0

48

0

 

26

,2

51

6

 

28

,4

62

2

 

30

,6

78

6

 

32

,8

99

9

 

35

,1

25

5

 

37

,3

54

7

 

39

,5

87

1

 

41

,8

22

3

 

0,0000 

5,0000 

10,0000 

15,0000 

20,0000 

25,0000 

30,0000 

35,0000 

40,0000 

45,0000 

10  11  12  13  14  15  16  17  18 

background image

1. Identyfikacja przelewu  przelew o szerokiej koronie 

 

2. Sprawdzenie warunków zatopienia przelewu o szerokiej koronie 

 

       

  

   

 

 

 
 

 

  

      

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

   

 

   

  

 

   

 

 

 

 

 

 

 

   

     

  

 

  

 

 

 
 
ZAŁOŻENIE : Przelew jest zatopiony  
 
 

 

     

 

     

 

     

 
       

 

        

 

 

 

     

   

 

  

 

 

 
     

 

                               

 

 

 

   

 

 

 

   

 

          

 

  

 

 

  

                       

 

  

        

            

 
 

 

 

         

              

 

 

        

           

 
 
 

 

     

 

     

 

                  

 

 

 

 

       

 

   

 

 
 
 

 

 

 

  

                                  

   

  

               

 

  

        

   

         

 

 
 
 
 
 

background image

Sprawdzenie warunków zatopienia 
 

     

 

 

 

   

  

       

            

 

 

 

 

   

 

   

 

 

  

      

 

 

 

 

       

      

 

    

 

 = 1,1859 m 

 

 

   

     

  

 

  

 

     

            

    

 = 3,3286 m 

  

 

 

   

 

 

 

   

 

          

 

  

 

   

  

                     

 

  

      

             

 
 

 

   

 

   

  

 

  

 

 

 

 

   

                    

 

 

    

              

 

 

  

  

 

 

 

          

                   

 

       

  

    

 

    1,70 > 1,4455 

 

Założenie było słuszne, przelew jest zatopiony 

 

Wynik: 
 

b

j = 

          

 

Zadanie  III.  Dla  zaprojektowanego  przelewu  obliczyć  głębokości  i  długości  niecki 
wypadowej 

 
Wykres zależności h = f(Q): 

 

h

 

F

 

U

 

Rh

 

n

 

I

 

Q

 

 

 

 

 

 

m

 

m2

 

m

 

m

 

 

 

m3/s

 

 

 

17,2

 

 

0,2

 

3,5

 

17,92

 

0,195313

 

0,02

 

0,00035

 

1,102111

 

 

 

 

0,4

 

7,12

 

18,64

 

0,381974

 

0,02

 

0,00035

 

3,506227

 

 

 

 

0,6

 

10,86

 

19,36

 

0,56095

 

0,02

 

0,00035

 

6,909556

 

 

 

 

0,8

 

14,72

 

20,08

 

0,733068

 

0,02

 

0,00035

 

11,19458

 

 

 

 

1

 

18,7

 

20,8

 

0,899038

 

0,02

 

0,00035

 

16,29413

 

 

 

 

1,2

 

22,8

 

21,52

 

1,05948

 

0,02

 

0,00035

 

22,16498

 

 

 

 

1,4

 

27,02

 

22,24

 

1,214928

 

0,02

 

0,00035

 

28,77772

 

 

 

 

1,6

 

31,36

 

22,96

 

1,365854

 

0,02

 

0,00035

 

36,11183

 

 

 

 

1,8

 

35,82

 

23,68

 

1,512669

 

0,02

 

0,00035

 

44,15286

 

 

 

 

2

 

40,4

 

24,4

 

1,655738

 

0,02

 

0,00035

 

52,89075

 

 

 

 

2,2

 

45,1

 

25,12

 

1,795382

 

0,02

 

0,00035

 

62,31872

 

 

 

 

2,4

 

49,92

 

25,84

 

1,931889

 

0,02

 

0,00035

 

72,43247

 

 

 

 

2,6

 

54,86

 

26,56

 

2,065512

 

0,02

 

0,00035

 

83,2297

 

 

 

 

2,8

 

59,92

 

27,28

 

2,196481

 

0,02

 

0,00035

 

94,70963

 

 

 

 

3

 

65,1

 

28

 

2,325

 

0,02

 

0,00035

 

106,8728

 

 

 

 

3,2

 

70,4

 

28,72

 

2,451253

 

0,02

 

0,00035

 

119,7206

 

 

 

 

3,4

 

75,82

 

29,44

 

2,575408

 

0,02

 

0,00035

 

133,2555

 

 

 

 

background image

 

 
 
 

 

 
 
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 

0,2 

0,4 

0,6 

0,8 

1,2 

1,4 

1,6 

1,8 

2,2 

2,4 

2,6 

2,8 

3,2 

3,4 

0,5 

1,5 

2,5 

3,5 

20 

40 

60 

80 

100 

120 

140 

h=f(Q) 

h=f(Q) 

0,2 

0,4 

0,6 

0,8 

1,2 

1,4 

1,6 

1,8 

2,2 

2,4 

2,6 

2,8 

3,2 

3,4 

0,5 

1,5 

2,5 

3,5 

20 

40 

60 

80 

100 

120 

140 

background image

 
 
 
 
 
 

Q

 

q

 

H

 

hg

 

Fg

 

Vg

 

kg

 

E0

 

m3/s

 

m3/s*mb

 

m

 

m

 

m2

 

m/s

 

m

 

m

 

1,0000

 

0,0987

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,0255

 

0,0000347

 

1,9500

 

2,0000

 

0,1974

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,0510

 

0,0001

 

1,9501

 

3,0000

 

0,2961

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,0764

 

0,0003

 

1,9503

 

4,0000

 

0,3947

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,1019

 

0,0006

 

1,9506

 

5,0000

 

0,4934

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,1274

 

0,0009

 

1,9509

 

10,0000

 

0,9868

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,2548

 

0,0035

 

1,9535

 

15,0000

 

1,4803

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,3822

 

0,0078

 

1,9578

 

20,0000

 

1,9737

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,5096

 

0,0139

 

1,9639

 

25,0000

 

2,4671

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,6370

 

0,0217

 

1,9717

 

30,0000

 

2,9605

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,7645

 

0,0313

 

1,9813

 

35,0000

 

3,4540

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

0,8919

 

0,0426

 

1,9926

 

40,0000

 

3,9474

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

1,0193

 

0,0556

 

2,0056

 

45,0000

 

4,4408

 

 

 

1,9500

 

39,2438

 

1,1467

 

0,0704

 

2,0204

 

 
 

F(τ)

 

τ2 

h2

 

Δz0

 

k2

 

Δz 

hd

 

d0

 

 

 

 

 

m

 

m

 

m

 

m

 

m

 

m

 

0,0381

 

0,1549

 

0,3021

 

0,0180

 

0,0057

 

0,0123

 

0,2000

 

0,0955

 

0,0763

 

0,2405

 

0,4690

 

0,0462

 

0,0095

 

0,0367

 

0,2500

 

0,1918

 

0,1144

 

0,2913

 

0,5681

 

0,0721

 

0,0145

 

0,0576

 

0,3000

 

0,2251

 

0,1525

 

0,3321

 

0,6478

 

0,0721

 

0,0199

 

0,0523

 

0,4000

 

0,2154

 

0,1906

 

0,3720

 

0,7257

 

0,0721

 

0,0247

 

0,0474

 

0,5000

 

0,2031

 

0,3805

 

0,5006

 

0,9779

 

0,1282

 

0,0545

 

0,0737

 

0,7500

 

0,2087

 

0,5688

 

0,5901

 

1,1553

 

0,1798

 

0,0879

 

0,0920

 

0,9500

 

0,2012

 

0,7549

 

0,6564

 

1,2891

 

0,2385

 

0,1255

 

0,1130

 

1,1000

 

0,2015

 

0,9380

 

0,7048

 

1,3897

 

0,2885

 

0,1687

 

0,1199

 

1,2500

 

0,1885

 

1,1175

 

0,7335

 

1,4533

 

0,3312

 

0,2221

 

0,1091

 

1,4000

 

0,1662

 

1,2926

 

0,7501

 

1,4946

 

0,3540

 

0,2858

 

0,0682

 

1,5800

 

0,1322

 

1,4629

 

0,7473

 

1,4988

 

0,3994

 

0,3712

 

0,0281

 

1,7000

 

0,1419

 

1,6278

 

0,7147

 

1,4440

 

0,4410

 

0,5062

 

-0,0652

 

1,8200

 

0,1953

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

Pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia przed zasuwą 

 

 

     

        

 

 

          

 

  

 

                                      

 

 

 
Prędkość dopływowa 

 

 

   

 

   

 

 

 

   

 

       

             

 
Wysokość prędkości przed zasuwą 

 

 

   

  

 

 

  

   

              

 

         

             

 
Wysokość energii przed zasuwą 

       

  

   

 

                              

 
Przepływ jednostkowy w przekroju zasuwy 

      

 

  

   

 

       

          

 

        

 
Pierwsza głębokość sprzężona 

F(τ) 

Τ1 

0,0381 

0,009 

 

  

 

     

 

      

 

 

 

 

 

                               

 
 

Druga głębokość sprzężona 
 

 

Przykładowa interpolacja 

F(τ) 

τ2 

A = 0,1094 

B = 0,2844 

C = 0,1144 

D = 0,1201 

E = 0,2973 

 
        

   

    

                       

             
             

                                  m 

 
 
 
 
 

 

     

 

      

 

 

 

 

                               

 

 
 

background image

Przewyższenie linii energii na wyjściu z niecki ponad poziom dolnej wody 

  

 

   

  

 

      

 

 

  

 

 

  

 

Wysokość prędkości w przekroju drugiej głębokości sprzężonej 

 

 

 

  

 

       

 

 

 

 
Przewyższenie poziomu wody na wyjściu z niecki ponad poziom dolnej wody 

 

 

    

 

   

 

  

 

  

   

  

 

    

 

                        

 

 
Głębokość niecki dla współczynnika zatopienia n=1 
 
 

 

     

 

   

 

                                       

 
 

GŁĘBOKOŚĆ NIECKI DLA WSPÓŁCZYNNIKA ZATOPIENIA n =1,1 i dla Q=3m

3

/s 

 

 

 
Prędkość dopływowa 
 

 

 

   

 

   

 

 

 

   

 

       

             

 

Wysokość prędkości przed zasuwą 
 

 

 

   

  

 

 

  

   

                

 

         

          

 

Wysokość energii przed zasuwą 
 

       

  

   

 

                              

 

0,0000 

0,0500 

0,1000 

0,1500 

0,2000 

0,2500 

0,0000 

1,0000 

2,0000 

3,0000 

4,0000 

5,0000 

6,0000 

do = f(Q) 

background image

Przepływ jednostkowy w przekroju zasuwy 
 

      

 

  

   

 

       

          

 

        

 

Pierwsza głębokość sprzężona 

 

F(τ) 

Τ1 

0,1144 

0,0263 

 

  

 

     

 

      

 

 

 
 

 

 

                                  

 

Druga głębokość sprzężona 
 

 

 

     

 

      

 

 

 
 

 

                                  

 
Przewyższenie linii energii na wyjściu z niecki ponad poziom dolnej wody 
 

  

 

   

  

 

      

 

 

  

 

 

  

 

Wysokość prędkości w przekroju drugiej głębokości sprzężonej 
 

 

 

 

  

 

       

 

 

 

 

Przewyższenie poziomu wody na wyjściu z niecki ponad poziom dolnej wody 
 

 

 

    

 

   

 

  

 

  

   

  

 

    

 

                        

 
Głębokość niecki dla współczynnika zatopienia n=1,1 
 

           

   

            

  

               0,21 + (1,1 - 1)(0,3 + 0,0576) = 0,2667 [m]  

 
 

   

                                 

 

OBLICZENIA SPRAWDZAJĄCE 

 
Wysokość energii przed zasuwą względem dna niecki dla przepływu Q = 3 m

3

/s 

 
 

 

                                          

 
  

 

     

 

    

 

 

  0,0263            0,0583m 

  

 

     

 

    

 

 

                     0,6457m 

 
Przewyższanie linii energii na wyjściu z niecki ponad poziom wody dolnej 
 

background image

  

 

   

  

 

        

 

 

   

 

 

   

               

                

 

     

 

           

 
Wysokość prędkości w przekroju drugiej głębokości sprzężonej 
 
 

 

 

 

  

 

 

   

   

  

 

     

 

 

   

            

 

               

 

             

Przewyższenie poziomu wody na wyjściu z niecki ponad poziom wody dolnej 
 
 

 

 

    

 

   

 

 

                              

 
Współczynnik zatopienia odskoku 
 
  = 

     

  

   

 

 

 

   

                   

      

 

 

         

 
Wysokość podniesienia zasuwy przy przepływie Q=3 m

3

/s 

 

   

 

     

 

      

   

   

      

                

   

  

         

 

WNIOSEK 

 
OBLICZANIE DŁUGOŚCI NIECKI WYPADOWEJ 
 
        

 

   

 

 

 
Używam wzoru dla szerokiej korony 
 
 

 

      

 

          

 

             

 

                                                          

        

 

 

  

 

 

     

 

    

 

                            

 

 

 
 
Wzór Smetany 
 

 

      

       

 

   

 

                                  

 

      

       

 

    

 

                                    

 
Wzór Safraneza 
 
 

 

          

 

                         

 
Wzór Wóycickiego 
 
 

 

              

 

 

 

 

    

 

    

 

                         

      
      

                                

                 
 
Wzór Uniwersytetu w Miami 
 
 

 

      

 

    

 

                                 

background image

 
WYBIERAM   

 

         

 

        

 

   

 

                                

 
 

 
 
 
 
 
 
 

    WYMIARY NIECKI 

 

D =  0,2667 m 

 

L =         m