Водосливы с широким порогом

Над водосливом с широким порогом наблюдается движение потока, близкое к плавно изменяющемуся. Порог обычно имеет горизонтальную поверхность прямоугольного или трапецеидального очертания в направлении, перпендикулярном по отношению к направлению потока. Чтобы водослив мог быть отнесен к типу водосливов с широким порогом, ширина порога (в направлении движения воды на водосливе)должна быть не менее 2 Н. При меньшей ширине порога плавно изменяющееся движение становится невозможным, и водослив должен быть отнесен к типу прямоугольных водосливов практического профиля.

Высший предел ширины водослива с широким порогом составляет 10 H. При соблюдении этого условия над водосливом происходит плавно изменяющееся движение. Такой водослив получил название нормального водослива с широким порогом. Расход воды через нормальный неподтопленный водослив с широким порогом практически не зависит от ширины порога, но зависит от условий входа потока на водослив (высоты порога, очертания входной кромки, бокового сжатия). При начинают сказываться силы трения по ширине порога. Плавно изменяющееся движение над водосливом сменяется волновым режимом с одной или несколькими волнами в пределах водослива. С дальнейшим увеличением на пороге устанавливается плавная кривая спада. Пропускная способность такого водослива уменьшается, и водослив с широким порогом превращается в короткий канал.

Рис.2.5. Схема неподтопленного водослива с широким порогом

(2.7)

Верхнее теоретическое значение коэффициента расхода для водослива с широким порогом m =0.385. Фактические значения меньше 0,385.

Коэффициент m легко определить опытным путем, измеряя расход воды и напор для данного водослива, входящие в формулу (2.7). Экспериментально доказано, что фактические глубины над водосливом с широким порогом несколько меньше .

Коэффициент расхода изменяется в пределах 0,32... 0,38. Боковое сжатие на водосливе с широким порогом учитывают, как и на водосливе практического профиля, введением в формулу для расхода Q коэффициента .

Водослив с широким порогом работает как неподтопленный ( =1), если или

При течении жидкости над подтопленным водосливом образуются два перепада: первый - на входе жидкости на водослив (что было рассмотрено и ранее), второй — в нижнем бьефе. При этом второй перепад характеризуется повышением уровня в нижнем бьефе по сравнению с уровнем над порогом водослива (рис.2.6). Это объясняется тем, что часть кинетической энергии переходит в потенциальную, поскольку средняя скорость потока в нижнем бьефе меньше средней скорости потока над водосливом.. Перепад называют перепадом восстановления.

Рис.2.6. Схема подтопленного водослива с широким порогом

В связи с этим нужно различать коэффициент скорости неподтопленного водослива и коэффициент подтопленного водослива. Расход через прямоугольный подтопленный водослив

(2.8)

где - глубина на пороге подтопленного водослива (рис.2.6)

Коэффициент скорости подтопленного водослива

(2.9)

где -коэффициент скорости и расход неподтопленного водослива.

Значения определяются в зависимости от :

... 0,320 0,330 0,340 0,350 0,360 0,370 0,380 0,385

... 0,951 0,954 0,961 0,967 0,974 0,983 0,994 1,000

При (неподтопленный водослив) .

Второй формулой для определения расхода подтопленного водослива с широким порогом является формула (2.7), если < 1 входит в правую часть в виде произведения. Коэффициент подтопления зависит от относительного подтопления:

0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 0,92 0,94

1,00 0,99 0,97 0,95 0,90 0,84 0,78 0,70

Теория водослива с широким порогом применяется при расчете отверстий безнапорных дорожных водопропускных труб и малых мостов (см. раздел 3).

Пример расчета

Исходные данные.

Расход - 3 куб.м/с, трапецеидальный, расширяющийся к верху водослив с тонкой стенкой, угол наклона боковой стенки -45°, ширина по низу - 1м.

Необходимо определить геометрический напор на водосливе.

Решение.

В общую формулу расхода водослива (2.7) подставляем формулу (2.2) для определения коэффициента расхода трапецеидального водослива. Получаем

Расход такого водослива можно определить по формуле

Принимаем, что и подставляя = - 1, получаем

;

Решая полученное уравнение методом подбора, получаем ответ -

H = 1.01 м

Поиск по сайту: