РАСЧЕТ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ, ДРЕНАЖНЫХ ТРУБ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТОННЕЛЕЙ ПРИ ИЗВЕСТНЫХ РАСХОДЕ, ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ГЛУБИНЕ НАПОЛНЕНИЯ И УКЛОНЕ
Канализационные трубы и гидротехнические тоннели.При определении размеров и скорости протекания воды в безнапорных трубах систем водоотведения (канализации) и гидротехнических тоннелях заданными являются расход Q, рекомендуемая относительная глубина наполнения Δ, уклон дна i, состояние поверхности стенок. При расчете водоотводных труб наряду с формулой Н. Н. Павловского широко применяется также формула Н. Ф. Федорова
(1) учитывающая работу труб в переходной области сопротивления при различных значениях кинематического коэффициента вязкости сточных вод (таблица 1). В этой формуле –число Рейнольдса; R — гидравлический радиус; Δэ — эквивалентная абсолютная шероховатость; а2 – коэффициент, учитывающий характер шероховатости. Значения Δэ и а2 принимаются по данным табл. 2. Таблица 1
Таблица 2
Для круглых сечений более точно скоростная характеристика трубы Wтр может определяться по формуле Wтр = a·W (2) де W – скоростная характеристика, определяемая по формуле Н.Н. Павловского или Н. Ф. Федорова, a– определяется из таблицы 3. Таблица 3
В связи с этим скорость и расход в трубе определяются по формулам: (3) (4) где — расходная характеристика трубы при частичном наполнении. В общем случае задача может быть решена способом подбора. При этом необходимо учитывать, что круглые сечения имеют следующие стандартные диаметры: а) керамические и асбестоцементные – 150 мм, 200 мм и далее до 600 мм (кратные 50 мм); б) бетонные и железобетонные трубы, коллекторы и тоннели – 250, 300, 350, 400, 500 мм и т. д.( кратные 100 мм). При подборе принимаются радиусы сечения r1, r2,…, rn, затем вычисляются с помощью таблицы приложения 1 в соответствии с заданной относительной глубиной наполнения Δ площади живого сечения ω=ω'·r2, гидравлические радиусы R=R'·r; определяются значения скоростной характеристики Wтр по формуле (2) и расходной характеристики Последнее сравнивается с расчетным значением Если значения К0 окажутся между значениями Ктр(n) и Ктр(n+1), соответствующими двум соседним стандартным значениям rn и rn+1, то принимается r с ближайшим к К0 значением К. Затем следует уточнить относительную глубину наполнения Δ и определить среднюю в сечении скорость протекания воды V по формуле (3). Размеры сечения трубы, коллектора или тоннеля могут быть определены также построением графика Ктр=f(r) при заданном значении Δ, по которому находят ближайший стандартный радиус r для известного К0. Для труб и тоннелей при п = 0,015 и п = 0,017 величина r может быть определена также с помощью относительных расходных характеристик (табл. 4). Таблица 4
Порядок расчета при этом следующий: 1) определяется расчетная расходная характеристика по формуле ; 2) по табл. 4 при заданных Δ и n находится относительная расходная характеристика К'. 3) Находится радиус сечения r по формуле (5) Полученная величина r округляется до стандартной в соответствии с приведенными выше указаниями, после чего определяются уточненные значения К' по формуле (6) где Δ и W' находят, по табл. 4, а скорость в трубе — по формуле (7) Упрощенно расчет безнапорных труб и тоннелей может быть произведен с помощью безразмерных графиков и Кп и Wп — расходная и скоростная характеристики трубы при полном наполнении. (Рис.1) В качестве примера в табл. 5 приводятся значения Кпдля бетонных, железобетонных и керамических труб с учетом W по формуле Н. Ф. Федорова (1) при разных числах Рейнольдса Rе. В этой же таблице приведены значения Кл, подсчитанные с учетом W по формуле Н. Н. Павловского.
. Рисунок 1 Таблица 5
Порядок расчета при этом следующий: 1) по графику (рис.1) в зависимости от относительной глубины наполнения Δ определяется значение А; 2) определяется значение расчетной расходной характеристики при полном наполнении: (8) 3) по значению Kп (табл. 5) находится ближайший диаметр трубы и уточняются значения Кпи 4) уточняются значения параметра (9) относительной глубины наполнения и (рис.1); 5) определяется скорость протекания воды в трубе (тоннеле): (10) Трубы дождевого водоотведения (дождевой канализации) и дренажные трубы рассчитываются как безнапорные, но при условии полного наполнения. С учетом этого по формуле определяется значение расчетной расходной характеристики К0 по которой подбирается необходимый диаметр трубы (ближайший больший). При этом для труб дождевой канализации следует пользоваться приведенными выше зависимостями и таблицами. Для расчета дренажных труб расходные характеристики К0 круглых гончарных дренажных труб при коэффициенте шероховатости п = 0,012 имеют следующие значения:
Для квадратных деревянных труб из строганых досок (со стороной b) при коэффициенте шероховатости п = 0,011 и нестроганых досок при п = 0,012:
С учетом найденного размера D или b находится площадь сечения трубы или I а затем и средняя скорость воды в трубе (приближенно, так как размер трубы принимается стандартным и труба в этом случае работает неполным сечением). Скорость в дренажной трубе должна быть V = 0,2 ч ÷ 1 м/с. Задание. Определить диаметр трубы системы водоотведения (канализации) и среднюю в сечении скорость протекания сточной воды, содержащей n, мг/л взвешенных веществ при температуре t,° С, уклоне трубы i, расходе Q, м3/с, относительном наполнении Δ.
Пример. Определить диаметр трубы системы водоотведения (канализации) и среднюю в сечении скорость протекания сточной воды, содержащей 300 мг/л взвешенных веществ при температуре 10° С, уклоне трубы i = 0,004, расходе Q = 0,55 м3/с, относительном наполнении Δ= 1,5. Решение, а) Способом подбора. 1. м3/с 2. По таблице приложения 1 при Δ = 1,5 принимаем ω' = 2,527 и R' = 0,603. 3. Принимаем r1 = 0,35 м, что соответствует стандартному диаметру D1 = 700 мм, тогда ω1=ω'·r12 = 2,527 · 0.352 = 0,309 м2; R1=R'·r1 = 0,603 · 0,35 = 0,211 м. По таблице приложения 2 W1= 25,6 м/с (диаметр с достаточной степенью точности можно определять с учетом W по формуле Н. Н. Павловского); Wтр1 = а1·W1 = 0,87 · 25,6 = 22,27; Kтр1 = ω1· Wтр1 = 0,309 • 22,27 = 6,68 м3/с < < 8,69 м3/с. Значение Kтр получилось менее требуемого, следовательно, диаметр трубы следует увеличить. 4. Принимаем r2 = 0,4 м (D2 = 800 мм) и по аналогии с предыдущим находим Kтр2 = 9,7 м3/с > 8,69 м3/с. Окончательно принимаем D = 800 мм, так как в этом случае расходная характеристика трубы Kтр – является ближайшей к расчетной K0. 5. Уточняем относительную глубину наполнения трубы. Так как принят ближайший больший диаметр, то Δ должно уменьшиться. После ряда попыток принимаем Δ = 1,39, тогда ω' = 2,331 и R' = 0,591, откуда Скоростную характеристику определяем по формуле 1. Предварительно по табл. 1 определяем ν=0,0137 сма/с, а по табл. 2 Δэ=2мм и а2=100. Скорость протекания потока в трубе С учетом этого Определяем скоростную характеристику трубы по формуле (2) Wтр = a·W = 0,86 · 27,1 = 23,3 м/с и расходную характеристику Kтр = ω· Wтр = 0,373 · 23,3 = 8,7 м3/с ≈Kо. Таким образом, уточненная относительная глубина наполнения Δ = 1,39, а средняя в сечении трубы скорость
б) Способом с применением безразмерных графиков величин и Определяем по формуле (8) значение Кп, предварительно найдя по графику (рис. 1) А=0,8. 2. По табл. 5 принимаем D = 800 мм. Уточняем значение А по формуле (9), приняв приближенно число Рейнольдса Rе = 1 000 000 и Kп=12,27 м3/с: По графику (рис. 1) уточняем: Δ = 1,35 и В = 0,96. 4. Определяем скоростную характеристику при полном наполнении и среднюю в сечении скорость в трубе по формуле (10)
Приложение 1 Основные геометрические и гидравлические элементы труб круглого поперечного сечения при различном наполнении
Приложение 2
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|