8.5. Водосливы с тонкой стенкой (с острым ребром)

Водосливы с тонкой стенкой часто применяются в качестве мерных водосливов для определения расхода. Чаще всего истечение через неподтопленный водослив с тонкой стенкой происходит в форме свободной струи, которая образуется в условиях, когда в пространстве под ней атмосферное давление, рис. 8.9. Такая струя является устойчивой.

В случае истечения через затопленный водослив с тонкой стенкой образуется волнистая струя, рис. 8.10.

В случае истечения через водослив со свободной струей расход может быть определен по формуле

(8.2)

Коэффициент расхода может быть определен по эмпирической формуле

(8.3)

значения H и P₁ измеряются в метрах.

Рис 8.9 Рис. 8.10

8.6. Основные задачи гидравлического расчета водосливов

При расчете водосливов любого типа обычно решается одна из трех задач, что непосредственно следует из основной формулы (8.1), которая содержит три переменные величины Q, b и H.

Задача 1. Найти расход данного водослива Q.

Задача 2. Найти ширину водослива b.

Задача 3. Найти напор на водосливе H.

Все эти три задачи решаются простым вычислением, если известны значения коэффициента расхода m.

8.7.Водослив с широким порогом

Течение на водосливе с широким порогом устанавливается почти с неизменной глубиной h<H, поэтому, возникают два перепада: Z– разность отметок свободной поверхности верхнего и нижнего бьефов и Z´ - разность отметок свободной поверхности верхнего бьефа и свободной поверхности на пороге водослива, рис. 8.11.

В данном случае необходимо решить две основные задачи: определение глубины воды h на пороге и определение коэффициента расхода m.

Известно решение для глубины на водосливе, в основе которого предположение о минимуме энергии, т.е. на водосливе с широким порогом должна устанавливаться глубина h = h_кр, при которой удельная энергия сечения достигает минимального значения, а глубина равна

Установим связь критической глубины h_кр с напором H₀. Из уравнения Бернулли для двух сечений I и II, рис. 8.11 получим

(8.4)

Сучетом того, чтои известного соотношенияуравнение (8.4) можно переписать так

Рис. 8.11

Обозначая

получим

Введем обозначение

где

Запишем уравнение расхода через водослив

или

Сопоставляя эту формулу с общей формулой расхода через водослив

получим

Если тоm = 0,385, что является наибольшим значением для коэффициента расхода водослива с широким порогом. Обычно m = 0,32 – 0,35.

8.8.Затопленный водослив с широким порогом

Опыты показали, что затопление водослива начинается лишь при условии

,

где коэффициент n достигает значения 0,8 и более. Глубина представляет собой расстояние от свободной поверхности в нижнем бьефе до порога водослива.

Предложена зависимость для определения критического значения глубины затопления h_n

.

Если , то водослив затоплен.

Скорость течения и расход в этом случае определяются по следующим формулам

,

.

Задача 8.1 Определить расход через прямоугольный водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия и со свободным доступом воздуха под струю. Дано: ширина водослива b =0,8 м;p₁ = 0,5 м; H = 30см.

Решение. Коэффициент расхода по формуле (8.3) равен

.

Расход без поправки на скорость подхода по формуле (8.1)

Найдем поправку на скорость подхода

.

Тогда по формуле:

откуда окончательно: