1141 HYA (Hydraulika)

Transkript

1 ČVUT Praze, akulta staební katedra hydrauliky a hydrologie (K4) Přednáškoé slidy předmětu 4 HYA (Hydraulika) erze: 09/008 K4 FS ČVUT Tato weboá stránka nabízí k nahlédnutí/stažení řadu pd souborů složených z přednáškoých slidů předmětu 4HYA (Hydraulika) yučoaného na akultě staební ČVUT Praze studentům bakalářského směru Staební inženýrstí. Nabízené slidy jsou dílem kolektiu autorů, zaměstnanců katedry hydrauliky a hydrologie (K4) FS ČVUT Praze. Soubor slidů je základní učební pomůckou předmětu 4HYA a je olně přístupný pro učební potřeby studentů předmětu. Jiné použití slidů nebo jejich částí bez přesné citace online zdroje (nejlépe dle ČSN ISO 690-) poažuje autorský kolekti za plagiátorstí. K4 HYA Copyright

2 Hydraulika oteřených koryt

3 USTÁLENÉ PROUDĚNÍ VODY V KORYTECH průtok konstantní, ostatní geometrické a proudoé charakteristiky záislé pouze na poloze Ronoměrné proudění Neronoměrné proudění S; y; konst. i i 0 i E y y ; i i 0 i E K4 HYA Hydraulika oteřených koryt

4 Odození ronice ronoměrného proudění tlakoé síly F F tíha ody sklon dna G ρgsdl dz dl sinα tgα síla e směru pohybu G Gsinα ρgsdli i G F F G α S,O dl F τ dz proti pohybu síla tření ronoáha sil G F T F τ τ0odl ρgsdli τ0odl τ ρ τ 0 ρgri (R S/O) 0 gri * -třecí rychlost K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 3

5 K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 4 dosazením do τ 0 ρgri ρ τ 0 i R g i R g ρ ρ zaedením g C i R C - Chézyho ronice [m 0,5 s - ] Vztah τ 0 a 0 0 jednotkoé m objemu energie kinetická tečné napětí ρ τ τ ρ τ ρ τ 0 0 součinitel tření:

6 HYDRAULICKÉ ŘEŠENÍ KORYT. Chézyho ronice (768) C - rychlostní součinitel, K - modul průtoku (m 3 s - ). Manningoa ronice (889) n - drsnostní součinitel C R i 0 R i n 3 poronáním obou ronic C R 6 n platnost: n > 0,0, 0,3m < R < 5m Q CS R i K i 0 0 P Paloskij (95): C R, n P,5 n 0,3 0,75 R n 0, platnost: 0,0 < n < 0,04, 0,m < R < 3m Bretting (948): ( ) R C 7,7 log +,7 de K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 5

7 Určení n: - tabulky hodnoty 0,008 0,50 ( 0,500): Druh koryta n min. n stř. n max. Roinné toky a) čisté, přímé, zaplněný proil, bez peřejí a tůní 0,05 0,030 0,033 b) totéž, ale s přítomností kamenů a pleele 0,030 0,035 0,040 c) zakřiená trasa, čisté koryto s tůněmi a peřejemi 0,033 0,040 0,045 - otograická metoda - ýrazy záislosti na d i Strickler (93), platnost: 4,3 < R/d e < 76 n d 6 e Čára zrnitosti - sítoá analýza (jemnozrnné) - náhodný ýběr (hrubozrnné) -... K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 6

8 různé drsnosti po omočeném obodě ekialentní drsnostní součinitel On i i ážený průměr n 3 O On i i Horton, Einstein, Banks n O 3. Darcy-Weisbachoa ronice L Zt λ 4R g Hey (979): ar,03 log λ 3,5 d platnost: R/d 84 > O,n a, 3,6 součinitel taru koryta O 3,n 3 O,n Vztah mezi C, n a λ: 8 C R 6 λ g n g K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 7

9 NAVRHOVÁNÍ KORYT - ýpočet rychlosti a průtoku Q základní ronice - ýpočet sklonu dna i 0 základní ronice - ýpočet hloubky y 0 polograicky y (Q) (konzumční křika) početně přibližoáním y i Q i ; Q y 0 - ýpočet šířky koryta b obdobně jako řešení hloubky Složené průřezy (kyneta, bermy)! rychlosti, drsnostní součinitel, průtok Q Q i S S 3 S S S S 3 O O O 3 K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 8

10 Uzařené proily s olnou hladinou Q max max pro,087q D y D pro 0,83 y D 0,9495 K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 9

11 PROUDĚNÍ KRITICKÉ, ŘÍČNÍ A BYSTŘINNÉ E y y Kritické proudění: Q konst. E dmin (E d konst. Q max ) α + + g α Q d gs E d energetická ýška průřezu (měrná energie) E d (y) při Q konst. řešení minima E d (y) ded α Q ds 0 dy 3 gs dy S (y) ds Bdy y k K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 0 α Q B - 0 g 3 S

12 α Q g 3 S B - obecná podmínka kritického proudění y k Určení kritické hloubky y k - E d (y) pro Q konst. a) analyticky S (y), B (y) možno jen ýjimečně Q pro obdélník: B b, S k b y k, měrný průtok q b 3 α Q Sk 3 αq α b y 3 3 k yk q g B gb g k b) z E d (y) E dmin y k c) graicko-početně z obecné podmínky d) iteratině (postupným sbližoáním) e) empirické ztahy K4 HYA Hydraulika oteřených koryt

13 Výskyt kritické hloubky Q y k i k např. Chézyho ronice Froudoo číslo - z obecné podmínky kritického proudění Fr α Q g zaedení ronice spojitosti Q B y s, α : B S 3 Q B 3 gs ysb 3 gy B s 3 3 gy s gy s Fr y s S B -střední hloubka Fr - kritické proudění gy s k postupiost ln na hladině K4 HYA Hydraulika oteřených koryt

14 Určení typu proudění (režimu proudění) Proudění Fr y i kritické Fr y y k k i i k říční (podkritické) Fr < y > y k < k i < i k bystřinné (nadkritické) Fr > y < y k > k i > i k K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 3

15 NEROVNOMĚRNÉ PROUDĚNÍ e směru proudění hloubka roste křika zdutí e směru proudění hloubka klesá křika snížení Tar hladin -příklad zdutí říční proudění snížení říční proudění i 0 < i k zdutí bystřinné proudění i 0 < i k odní skok říční proudění i 0 < i k K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 4

16 říční proudění - zdutí bystřinné proudění - snížení říční proudění snížení bystřinné proudění - zdutí K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 5

17 Řešení průběhu hladin Bernoulliho ronice : i i 0 0 ΔL + y ΔL α + g y α g + ΔZ ( ) ( ) y y + i ΔL α + g E ΔZ i E i y y i 0 ΔL ΔL Vyjádření i E z Chézyho ronice: C Ri i Q E E CpRp CpSpRp index p hodnoty ypočtené z hloubky y p 0,5(y +y ) nebo průměr hodnot p. a K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 6

18 VODNÍ SKOK - přechod z bystřinného proudění do říčního prostý (s dnoým režimem) lnoitý Fr y k praktický ýznam: tlumení kinetické energie pod přeliy, jezy, přehradami... ýar K4 HYA Hydraulika oteřených koryt 7