ВОДОСЛИВЫ основные понятия Преграда в

ВОДОСЛИВЫ

основные понятия • • Преграда в потоке, через которую происходит перелив жидкости, называется ВОДОСЛИВОМ Движение воды – истечением через водослив Верхняя часть водослива, через которую происходит истечение называется гребнем (порогом) водослива Участок потока выше водослива по течению называется верхним бьефом, ниже водослива располагается нижний бьеф

ПАРАМЕТРЫ ВОДОСЛИВА: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Поперечный профиль водослива Ширина водослива Длина порога Высота водослива со стороны верхнего и нижнего бьефа Глубина потока в верхнем и нижнем бьефах Напор на водосливе (статический или геометрический) Перепад уровней на водосливе (геометрический перепад) Скорость подхода Полный напор (с учетом скорости подхода)

• Введем обозначения и термины: Р – высота порога водослива, представляющая возвышение порога над дном потока в верхнем бьефе сооружения; • b – ширина водослива (ширина водосливного отверстия); • d – ширина порога (толщина стенки водослива); • В – ширина потока перед водосливом; • Н – геометрический напор на пороге водослива, т. е. возвышение уровня воды верхнего бьефа над порогом, принимают на расстоянии l 3 H до водослива; • hб – бытовая глубина (глубина уровня в нижнем бьефе); • z – перепад на водосливе, равный разности горизонтов воды в верхнем и нижнем бьефах; • Q – расход воды через водослив; • v 0 – средняя скорость движения воды при подходе к водосливу (подходная скорость) • Н 0 – полный напор на пороге водослива: Н 0=Н+ v 02/2 g В практических расчетах подходной скоростью можно пренебрегать, если площадь живого сечения потока на подходе к водосливу В(Н+Р) превышает площадь водосливного отверстия b. Н: В(Н+Р) /b. H > 3 4

ПАРАМЕТРЫ ВОДОСЛИВА

ПАРАМЕТРЫ ВОДОСЛИВА Схема водослива с тонкой стенкой

КЛАССИФИКАЦИИ ВОДОСЛИВОВ 1. по поперечному профилю (по форме и относительным размерам продольного сечения водослива) • водослив с тонкой стенкой: С/H<0, 5 • водослив практического профиля: 0, 5<С/H<2 • водослив с широким порогом: 2<С/H<(10 -12)

классификации водосливов по поперечному профилю Водослив практического профиля

классификации водосливов по поперечному профилю Незатопленный водослив с широким порогом

КЛАССИФИКАЦИИ ВОДОСЛИВОВ Если длина гребня водослива меньше ширины преграждаемого потока, то в зависимости от формы выреза водослив может быть: 2. • • • По форме отверстия (вырезу стенки) Прямоугольные Треугольные Трапецеидальные Круговые Параболические Другие…

по форме отверстия а - прямоугольные, б - трапецеидальные, в - треугольные

КЛАССИФИКАЦИИ ВОДОСЛИВОВ 3. Очертанию стенки в плане (ориентации к направлению потока) • ПРЯМОЛИНЕЙНЫЕ – – – • Нормальные (а) Косые (б) Боковые (в) НЕПРЯМОЛИНЕЙНЫЕ – – – Ломаные Криволинейные (г) Кольцевые

КЛАССИФИКАЦИИ ВОДОСЛИВОВ 4. По соотношению ширины водослива и подводящего русла. В зависимости от условий подхода жидкости различают: • водосливы без бокового сжатия (рис. а) • водосливы с боковым сжатием (рис. д) У первых перелив воды через порог происходит по всей ширине русла, а у вторых порог занимает только часть ширины подходного потока, который при переливе через водослив претерпевает сжатие с боков. Ширина потока в пределах такого водослива называется сжатой, или эффективной шириной водослива.

КЛАССИФИКАЦИИ ВОДОСЛИВОВ 5. По влиянию нижнего бьефа на истечение жидкости • неподтопленные водосливы • подтопленные водосливы Положение уровня в нижнем бьефе в последнем случае существенным образом влияет на величину расхода, пропускаемого через водослив. У незатопленных водосливов уровень воды нижнего бьефа не оказывает влияния на их пропускную способность, а у затопленных – с повышением уровня нижнего бьефа расход жидкости уменьшается.

Особенности истечения жидкости через водослив с тонкой стенкой При переливе через гребень струя может иметь разную форму. • Если в подструйное пространство имеется свободный доступ воздуха, благодаря чему давление под струей равно атмосферному, то в этом случае струя считается свободной и расход обладает значительной устойчивостью. • Если воздух не может свободно поступать в подструйное пространство, он постепенно выносится, давление под струей понижается, струя отжимается к водосливной стенке, колеблется, расход пульсирует и такая струя считается отжатой. • Из-за образования вакуума под отжатой струей уровень воды под ней повышается и при некоторых условиях все подструйное пространство заполняется водой, т. е. струя подтопленная. • При малых расходах струя под действием давления и поверхностного натяжения стекает по низовой грани водослива, ее положение неустойчиво, такая струя считается прилипшей.

Расчетные формулы для водослива с тонкой стенкой Рассмотрим расчетные зависимости для совмещенного водослива с тонкой стенкой, т. е. незатопленного прямоугольного водослива без бокового сжатия. Струя жидкости при переливе через водослив с тонкой стенкой претерпевает вертикальное сжатие. Площадь живого сечения потока над порогом водослива wc= вb. Н где в – коэффициент вертикального сжатия потока: в = wc/w Среднюю скорость потока в сечении над порогом можно выразить зависимостью v= где Hс – возвышение уровня воды верхнего бьефа над центром тяжести водосливного отверстия. – коэффициент скорости =1/( ) Для прямоугольного отверстия v= , так как Hс=Н/2.

Расход через водослив можно рассчитать по формуле: Q = wcv = вb. Н = в b H 3/2 Введем обозначение в =mo и получим формулу для расхода через незатопленный прямоугольный водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия Q= mo b H 3/2 Величина mo - коэффициент расхода водослива с тонкой стенкой –безразмерный параметр, учитывающий конструктивные особенности водослива. Подходная скорость в формуле учитывается не полным напором Н 0, а коэффициентом расхода m 0

Особенности истечения жидкости через водослив с широким порогом • Истечение жидкости через водосливы с широким порогом при отсутствии затопления характеризуется перепадами свободной поверхности жидкости и начале, и в конце порога. • На самом же пороге устанавливается движение, близкое к параллельно-струйному, с практически одинаковыми скоростями и глубинами переливающегося слоя жидкости. • применяются только для пропуска жидкости через отверстия водоспусков плотин, через отверстия малых мостов и труб, служащих для пропуска весенних и ливневых вод под насыпями железных и шоссейных дорог и т. д.

• Ошибка в определении расхода не превышает 1– 2%. • Прямоугольные незатопленные водосливы с тонкой стенкой часто используют в лабораторных и полевых условиях как устройства для измерения расходов воды в лотках, каналах и небольших реках. • Для нормальной работы измерительного водослива нужно обеспечить свободное поступление воздуха в пространство между его стенкой и переливающейся струей, так как в противном случае под струей образуется разрежение, и расход через водослив увеличивается. • Измерительные водосливы не рекомендуется применять при напорах Н<5 7 см, потому что при малых напорах наблюдается прилипание струи к низовой грани и формулы для расходы становятся недействительными. • Для измерения расхода жидкости часто используются трапецеидальный и треугольный водосливы с тонкой стенкой.

Учет бокового сжатия водослива • В условиях бокового сжатия, когда ширина водослива b меньше ширины подводящего русла В, расход будет меньше, чем через совершенный водослив, при одних и тех же значениях H и b. Для его определения по вводится поправка к коэффициенту расхода т0.

Учет подтопления водослива • Учет подтопления водослива. Для того чтобы водослив с тонкой стенкой оказался затопленным, нужно соблюсти два условия: hб>Р и Z 0 /Р >0, 7, где Z 0 – перепад на водосливе с учетом подходной скорости. • Возвышение уровни воды нижнего бьефа hп, над порогом затопленного водослива называется глубиной подтопления: hп = hб – Р • Подтопление водослива с тонкой стенкой определяется положением уровня воды в нижнем бьефе относительно ребра водослива и характером сопряжения переливающегося через водослив потока с потоком в нижнем бьефе.

• формула расхода через подтопленный прямоугольный водослив с тонкой стенкой отличается от аналогичной зависимости для незатопленного водослива наличием дополнительного множителя σп, который называется коэффициентом подтопления водослива. Q= σп mo b H 3/2