2017-12-14
2409
Прямоугольный водослив.
Для прямоугольного водослива расход определяется по формуле
(1 – 1)
где: mпл – коэффициент расхода водослива; для водослива с широким порогом: при Pв.б./H = 0 mпл = 0,385; при Pв.б./H = 3 mпл = 0,32 при острой входной кромке и mпл = 0,35 при закругленном ребре (рис 1 – 5);
sс - коэффициент бокового сжатия (приближенно можносчитать sс = 1);
sз – коэффициент затопления (для незатопленных водосливов sз = 1);
b – ширина водослива (если отверстий несколько – суммарная ширина всех отверстий;
Ho – полный напор (Ho @ H).
С помощью приведенной формулы можно решать три задачи:
- определять расход Q;
- определять требуемую ширину отверстия b;
- определять требуемый напор H.
При проектировании новых водосливов практически по заданному расходу Q определяют оптимальные размеры b и H.
Неподтопленный прямоугольный водослива с тонкой стенкой.
Для неподтопленного прямоугольного водослива с тонкой стенкой (рис. 1 – 1,а) расход определяется по формуле
Скорость подхода учтена в коэффициенте расхода водослива mo, поэтому в формуле стоит не Ho, а статический напор H.
Прямоугольный неподтопленный водослив с тонкой без бокового сжатия называется нормальным. Для нормального водослива mo определяется по эмпирическим формулам:
или
(при Pв ³ H и H ³ 0,1 м).
Для водослива с боковым сжатием mo определяется по формуле:
Точность приведенных формул, относящихся к нормальному водосливу достаточно высока. Поэтому они применяются в качестве измерительных водосливов.
Неподтопленный прямоугольный водослив с широким порогом (рис. 1 – 6)
Такой водослив характеризуется наличием двух перепадов свободной поверхности Zв и Zн. В случае спокойного потока в местах стеснения потока всегда получается снижение его свободной поверхности – скорость течения увеличивается, а потенциальная энергия падает. Потери энергии потока (напора) на пороге малы, поэтому поверхность воды над порогом в средней его части горизонтальна, глубина потока постоянна.
Расход воды, протекающей через водослив, определяется по формуле
или без учета скорости подхода
Эти формулы получаются из общей формулы (1 – 1) при sс = sз = 1. Приближенно коэффициент расхода m можно принимать равным 0,32 и 0,35 (рис. 1 – 5).
Глубину на пороге можно найти по формуле
где коэффициент k равен 0,453 для порога а) и 0,498 для порога б) (рис. 1 – 5).
При этом h < hк, т.е. поток на пороге бурный (на рис. 1 – 6 пунктирной прямой к – к показан уровень воды при критической глубине hк.
Подтопленный прямоугольный водослив с широким порогом (рис. 1 – 7)
Водослив с широким порогом получается подтопленным, если уровень воды нижнего бьефа поднимается выше того горизонта воды, который сам собой устанавливается на пороге неподтопленного водослива (т.е. при глубине в нижнем бьефе hн > cн + hк).
При истечении воды через подтопленный водослив с широким порогом наблюдается один положительный и один отрицательный перепад. Последний называется перепадом восстановления. Этим перепадом при расчете часто пренебрегают (рис. 1 – 7,б).
Водослив будет подтопленным при выполнении условия
hп > n.Ho, или hн >(cн + n.Ho),
где n = 0,85…0,75 (в среднем n = 0,80).
Если это условие не выполняется, то при hп > hк на пороге водослива возникает гидравлический прыжок (рис. 1 – 8), и сечение 1 – 1 может оказаться не покрытым горизонтом воды нижнего бьефа.
Расход в случае неподтопленного водослива определяется по формуле
где коэффициент j равен 0,84 для водослива с острой передней кромкой j = 0,93 для водослива с закругленной передней кромкой (рис. 1 – 5).
Последнюю формулу можно привести к общей формуле (1 – 1) (при sс = 1):
откуда получим
Для водослива с острой кромкой (рис. 1 – 5) m = 0,32, jп = 0,84, тогда
Заметим, что коэффициент затопления всегда меньше единицы для подтопленных водосливов и равен 1 для неподтопленных водосливов. Из уравнения
следует, что минимальное значение 
, при котором sз = 1, равно примерно 0,80. При меньших значениях hп/Ho водослив будет неподтопленным, что соответствует приведенному выше критерию подтопляемости водосливов с широким порогом.
