Тема 1.7. Истечение жидкости через водосливы

Водослив – это открытая преграда на пути потока через которую он переливается.

Водосливы подразделяются на:

1. Водосливы с тонкой стенкой.

2. Водосливы с широкой стенкой.

Водослив с тонкой стенкой, если с<0,5Н (расстояние от гребня водосливаа до поверхности потока в верхнем бьефе)

Бьеф – часть водоема, реки или канала, примыкающая к водопроводному сооружению (плотина, шлюз). Различают: верхний бьеф, расположенный выше по течению, перед водопроводным сооружением, и нижний бьеф, находящийся ниже по течению по другую сторону водопроводного сооружения.

При этом случае между струей и стенкой образуется воздушная подушка.

В случае если с>0,5Н, то происходит обтекание водослива с тонкой стенкой, где в_б и н_б – бьефы участки расположенные выше и ниже стенки водослива,

а – гребень (порог) водослива.

с- толщина водосливной стенки.

Һв.б и һн.б. – глубины потока в верхенм и неижнем бьефе.

Р в.б. и Р н.б. – высота порога водослива со стороны верхнах и нижних бьефов.

Н – подпор в водосливе измремый в верхнем бьефе в створе К-К -это расстояние L от водосливной стенки до сечения К-К, которое равно (3-5) Н

z- Разность отметок уровней воды в в.б и н.б.

Водосливы классифицируются по следующим признакам.

1. По толщине стенки:

1. С тонкой стенкой

2. С толстой стенкой

3. Практического профиля.

2. По геометрической форме водосливного отверстия.

1. Прямоугольный

2. Трапецеидальный

3. Треугольный водослив.

3. По расположению порога в плане.

1. Прямые, т.е перпендикулярные по направлению потока в верхнем бьефе.

2. Косые, когда порог расположен под углом к потоку.

4. По взаимному расположению уровней в.б и н.б.

1. Незатопленный, когда һн.б.<Р н.б.

2. Затопленный, когда һн.б.>Р н.б и z/Р н.б.<0,7

5. По условиям подхода водотока:

1. Без бокового сжатия, ширина русла = ширине водосливного отверстия.

2. С боковым сжатием ширина русла В больше ширины водосливного отверстия в, в следствии чего переливаясь через порог струя испытывает боковое сжатие и имеет ширину в<В.

Формула для расчёта расхода воды через водосливы.

1.Прямоугольный водослив:

1. Для незатопленного водослива без бокового сжатия расход расчитывается по следующей формуле6 или

m₀ –зависит от скорости перехода потока к водосливуv₀, а коэффициент mне зависит от v₀.

;

для гидротехнического сооружения с боковым сжатием

в) для затопленного водослива

Где σ₃ – коэффициент затопления при известных обозначениях вычисляется по формуле

Эти формулы применяются при следующих пределах

b=0.2-2.0м;

Р_н.б.=0,24-1,13м;

Н=0,05-1,24м

2.Трапециидальный водослив.

3. Треугольный водослив.

Тема 1.8. Движение в открытых руслах и каналах.

Движение рассмотрим как равномерно установившееся.

P₁=P₂v₁=v₂Z₁≠Z₂

;

– гидравлический уклон свободной поверхности.

Если потери напора отнести к пути потока между двумя сечениями, то получим гидравлический уклон потока.

R=d/4 →d=4rвыразим d через гидравлический радиус.

коэффициент Шези;

Формула Шези

Опредление гидравличесик выгодного сечения канала.Формула Шези для определения скорости потока в открытых руслах и каналах. А так же для определения расхода потока ( говорит о том, что чем больше гидравлический радиус, тем больше расход потока.Увеличение гидравлического радиуса определяется уменьшением смоченного периметра

Поэтому наибольший расход возможен при полукруглой форме канала, определяющий наименьший контакт грунта с водой.

Эта площадь полукруглого профиля на практике не применяется из-за трудности крепления стенки.

На практике применяется трапецеидальная форма канала, которая имеет следующие преимущества:

1. гидравлически выгодный профиль близкий к окружности.

2. Устойчивые стенки канала.

3. Удобную форму покрытий.

После выбора формы канала определяется выгодная скорость, которая должна быть выше заиляющей(V_min) но ниже размывающей (V_max)

A - Зависит от литологии грунта

Q-расход канала

Vmax-определяет скорость эрозии и гран состава.

Расчет дренажных труб

При осушении территории и искусственного снижения уровня грунтовых вод. Например, при разработке МПИ применяются дренажные работы.

Наиболее распространено применение дренажных асбестно – цементных труб, которые по периметру имеют отверстие, куда проникает вода. По трубе она собирается в водоемы.

Примем условие полного затопления трубы, в этом случае дренажная труба работает как безнапорная система с 4 .

Которое имеет смоченный периметр

Используя формулу Шези для определения скорости потока, выражаем гидравлический радиус через диаметр

Коэффициент С можно определить по формуле Куттера

_{К – коэффициент шероховатости 0,27}

_{Данная формула применяется при скоростях v=0.15-1м/с}

Данное условие определяется при укладке труб для определения уклона по формуле Шези.

Контрольные вопросы:

• Каковы задачи гидродинамики?

• Что называется элементарной струйкой и каково ее свойство?

• Приведите определение потока жидкости.

• Объясните, что называется поперечным сечением, смоченным периметром и гидравлическим радиусом?

• Напишите формулы расхода и средней скорости потока.

• Приведите примеры безнапорного и напорного, установившегося и неустановившегося движений.

• Приведите уравнение неразрывности потока и поясните его физический смысл.

• Приведите все пояснения к уравнениям Бернулли для струйки невязкой жидкости и для струйки и потока вязкой жидкости?

• Что называется полной удельной энергией потока?

• Приведите пояснение геометрического и энергетического смысла уравнений Бернулли.

• Напишите формулы гидравлического и пьезометрического уклонов.

• Поясните смысл корректива скорости в уравнении Бернулли.

• Укажите практическое применение уравнений Бернулли.

• Поясните применение трубки Пито и водомера Вентури.