11. RUCH CIECZY W PRZEWODACH BEZCIŚNIENIOWYCH.

Ruch bezciśnieniowy to ruch cieczy o swobodnym zwierciadle wody. Do tej grupy zalicza się naturalne koryta otwarte, a także przewody zamknięte, lecz niecałkowicie wypełnione cieczą (np. przewody kanalizacji bezciśnieniowej). Ruch cieczy wywołany jest nachyleniem (spadkiem podłużnym) przewodu i jest nazywany przepływem grawitacyjnym.

Na ćwiczeniach omawiać będziemy tylko ruch jednostajny, który charakteryzuje się stałym przekrojem poprzecznym strumienia o niezmiennej na długości szorstkości dna i brzegów.

Wiąże się to z równoległością zwierciadła wody i dna koryta. Przepływ jednostajny jest ruchem ustalonym, stąd prędkość oraz energia kinetyczna cieczy są stałe.

Z równania ruchu Saint-Venanta można wyprowadzić wzór Chezy na średnią prędkość w przekroju poprzecznym

v

C R I

I = i

h

1

y

C

R , y

2,5 n

0,13 0, 75 R ( n

0,10)

h

n

h

wzór Manninga

2

1

1

1

1

3

2

v

R I ,

6

C

R

h

n

h

n

Q

vA

CA R I

h

lub

2

1

1

3

2

Q

AR I

h

n

gdzie:

I – spadek hydrauliczny, w ruchu jednostajnym równy spadkowi dna i zwierciadła wody I = i

= izw [wartość bezwymiarowa};

n – współczynnik szorstkości (wsp. oporu Manninga), zależny od rodzaju materiału oraz stanu powierzchni ścian/dna koryta [s/m1/3]; Rh – promień hydrauliczny równy ilorazowi pola powierzchni czynnej A i obwodu zwilżonego U, Rh= A/U [m].

Hydrauliczne obliczenia kanałów bezciśnieniowych polega na określeniu Q, H lub I.

PRZEWODY KANALIZACYJNE

Dla kanałów kanalizacji grawitacyjnej szorstkość najczęściej przyjmuje się równą n = 0,013.

Z uwagi na złożony kształt przekrojów kanałów kanalizacyjnych obliczenia parametrów przepływu wykonuje się wykorzystując krzywe sprawności przekroju kanału.

W

v

W I

W

I

W

I

0

0

W 0

K

Q

K I

K

I

K

I

0

0

K 0

α,β – współczynniki sprawności przekroju zależne od (h/H) odczytujemy z wykresu, gdzie h –

napełnienie kanału, H – całkowita wysokość kanału; W0 – charakterystyka prędkości równa średniej prędkości przepływu cieczy przy całkowitym napełnieniu przewodu i spadku dna równym 1, [m/s]; K0 – charakterystyka przepływu równa średniemu przepływowi cieczy przy całkowitym napełnieniu przewodu i spadku dna równym 1, [m3/s].

12. RUCH KRYTYCZNY

Ruch krytyczny to ruch dla którego energia ma wartość minimalną, określoną przez głębokość krytyczną. Ruch krytyczny w przyrodzie samoistnie nie występuje, jest natomiast granicą między ruchem spokojnym i rwącym.

W celu określenia rodzaju ruchu w korycie należy obliczyć głębokość krytyczną z poniższego równania, a następnie porównać ją z rzeczywistą głębokością napełnienia koryta.

3

2

A

Q

B

g

gdzie

A – pole przekroju czynnego,

B – szerokość zwierciadła wody,

α – wsp. równomiernego rozkładu prędkości w przekroju.

Parametry opisujące ruch krytyczny są nazywane parametrami krytycznymi, tak więc prędkość i spadek będą odpowiednio prędkością i spadkiem krytycznym: gU

ikr

2

C B

v

gh

kr

sr

Ruch podkrytyczny (rwący)

h < hkr

v > vkr

i > ikr

Ruch nadkrytyczny (spokojny)

h > hkr

v < vkr

i < ikr