Порядок установления формы сопряжения потоков в выходной части быстротока

По зависимости (3.15) определяется вторая сопряженная глубина сжатой, где - сжатая глубина в конце лотка быстротока, подсчитанная ранее по способу проф. Чарномского.

Сравнивая с бытовой глубиной в сбросном канале, равной нормальной глубине , определяем форму сопряжения бьефов.

В зависимости от места расположения гидравлического прыжка относительно сжатого сечения различают три формы сопряжения бьефов (см. рис. 3.7).

1. Если , наблюдается критическая форма сопряжения (первый тип сопряжения на схеме), при которой начало прыжка будет расположено в сжатом сечении . Эта форма сопряжения очень неустойчива и не может быть принята за расчётную.

2. Если , сопряжение происходит по типу отогнанного прыжка (второй тип сопряжения), при котором начало прыжка будет расположено правее сечения , а сам прыжок может быть отогнан даже за пределы успокоителя на рисберму или в сбросной канал.

3. Если , происходит устойчивая форма сопряжения бьефов по типу затопленного прыжка (третий тип сопряжения на схеме). Сжатое сечение будет затоплено прыжком, начало которого располагается в пределах лотка.

Если окажется, что , то в этом случае, как указано было выше, гидравлический прыжок будет затоплен без устройства гасителей энергии и тогда длина водобойной части – успокоителя в рассматриваемом случае определится^*).

,

где - длина затопленного прыжка.

По рекомендациям М.Д. Чертоусова

.

За успокоителем в пределах послепрыжкового участка и участка растекания потока до бытовых условий устраивают рисберму, по длине которой размывающая способность потока должна постепенно уменьшаться за счёт гашения избыточной кинетической энергии потока и снижения придонных скоростей.

длину рисбермы назначают равной^*)

В случае отгона гидравлического прыжка или критической формы сопряжения бьефов может быть применен один из известных гасителей энергии (водобойная стенка, водобойный колодец, комбинированный водобойный колодец).

2. Гидравлический расчёт водобойной стенки

Принцип действия водобойной стенки сводится к определению её высоты, местоположения и проверки условий сопряжения потоков за стенкой.

Рисунок 3.9 – Расчётная схема водобойной стенки

Порядок расчёта водобойной стенки

1. Определяется глубина, необходимая для затопления гидравлического прыжка

,

(3.16)

где - коэффициент затопления прыжка.

2. Высота водобойной стенки, обеспечивающая затопление прыжка, определяется по формуле

.

(3.17)

Геометрический напор над стенкой , работающей как водослив с тонкой стенкой, определится из формулы расхода

,

(3.18)

где и - соответственно коэффициент подтопления и коэффициент расхода водослива с учётом скорости подхода.

Так как и , то задача по определению высоты стенки решается подбором или методом последовательных приближений:

1. Задаются высотой водобойной стенки .

2. Устанавливается величина геометрического напора для принятого значения высоты водобойной стенки .

3. Устанавливается характер работы стенки из условия подтопления её уровнем воды нижнем бьефе.

Д ля определения коэффициента подтопления водослива можно воспользоваться графиком (рис. 3.10), построенным по данным Н.П. Павловского, видоизмененным для значений от 0,5 до 0,7.

Рисунок 3.10 – График .

Высота подтопления водослива со стороны нижнего бьефа определяется как разность между бытовой глубиной и высотой стенки. Из графика видно, что если , то величина коэффициента подтопления водослива равна , следовательно, водослив подтоплен.

4. Приняв коэффициент расхода для водослива с тонкой стенкой равным , по расчётному уравнению (3.18) определяется расход, проходящий через стенку, при принятой её высоте. Если подсчитанный расход окажется больше расчётного, то высоту стенки необходимо увеличить и весь расчёт повторить.

Расчёт сводится в табл. 3.4.

Таблица 3.4 К определению высоты водобойной стенки

,	,	,	,	,	,	,
м	м	м	м			м3/с
	const

Для сокращения расчётов по подбору высоты стенки можно по данным табл. 3.4 построить график (рис. 3.11), по которому, зная расчётный расход, определить .

При определении длины водобойного колодца, образованного водобойной стенкой, исходят из критической формы сопряжения. Применительно к этой форме сопряжения длина водобойного колодца в общем случае определяется по трехчленной формуле Н.Н. Павловского

,			(3.19)
где	-	расстояние от сооружения до сжатого сечения;
	-	длина прыжка, образованного в сжатом сечении;
	-	некоторый запас в длине колодца.

Рисунок 3.11 – График

Так как гидравлический прыжок с низовой стороны подпирается водобойной стенкой, т.е. образуется подпертый гидравлически прыжок, длина которого меньше длины свободного совершенного прыжка , то формула (3.19) дает преувеличенную длину водобойного колодца. Поэтому в практических расчётах предлагается определить длину водобойного колодца по зависимости

.

(3.20)

В нашем случае , так как сечение совпадает с концом лотка быстротока (рис. 3.9.).

Длину прыжка можно определить по эмпирическим зависимостям, полученным для прямоугольных русел,

Н.Н. Павловского			;	(3.21)
М.Д. Чертоусова			;	(3.22)
П.М. Степанова			.	(3.23)
где	-	глубина перед прыжком;
	-	длина прыжка, образованного в сжатом сечении;
	-	критическая глубина в русле, где возникает прыжок;
	-	число Фруда в начале прыжка;
	-	средняя скорость потока в начале прыжка.

Две последние формулы дают наименьшие расхождения с опытными данными.