bonchosmolovskaya_n_e_mehanika_zhidkosti_i_gaza_laboratornyi

НБ

Рис. 14.2

Расход через неподтопленныЙ водослив практического профиля без бокового сжатия определяеттся по формуле

Для подтопленных водосливов

В обеих формулах т - коэффициент расхода, зависящий от формы поперечного сечения водослива и от величины напора. По Н.Н. Павловскому, для профиля Am = 0,49, а для профиля В т = 0,48 (рис. 14.3). Эти значения соответствуют профилирующему напору Япр, для которого и построен профиль водослива, например, по координатам Кригера - Офицерова.

Рис. 14.3

При напоре Н < Япр Н.Н, Павловский рекомендует следующие формулы для определения т:

1.Для профиля yi:

2.Для профиля В:

Коэффициент подтопления а„ характеризует уменьшение значения коэффициента расхода т вследствие подтопления водослива. Справочное значение коэффициента подтопления an можно определить по графику, представленному на рис. 14.4, в зависимости от отношения hj Щ. (Кривая I - для водослива вакуумного профиля, кривая II - для водослива безвакуумного профиля).

Рис. 14.4

7.Построить тарировочную кривую т = j{H) для неподтопленного водослива практического профиля, откладывая по оси абсцисс коэффициент расхода /и, а по оси ординат - напор Я.

8.По тарировочной кривой определить коэффициент расхода т ^ при напоре Япр. Полезно сопоставить полученное значение т„р со справочным; например Н.Н. Павловский рекомендовал использовать для водослива с профилем А (см. рис. 14.3) т„р = 0,49.

9.В каждом опыте подсчитать коэффициент полноты напора (Т„ и построить график сг„ = f {Н / Япр). По оси абсцисс откладывается

значение а по оси ординат - отношение Н/Нщ.

10. Сравнить найденные экспериментальные значения коээффициентов расхода со справочными значениями. Процент отклонения подсчитывается по выражению

100 % •

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 15

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВОДОСЛИВ С ШИРОКИМ ПОРОГОМ ВЕЗ БОКОВОГО СЖАТИЯ

Цель работы

1. Проведение визуальных наблюдений за очертанием свободной поверхности при переливе струи через неподтопленный и подтопленный водослив с широким порогом и характером ее изменения в зависимости от относительной толщины стенки 8/Я и степени подтопления водослива hJH, за образованием перепада восстановления, гидравлического прыжка и его продвижением по порогу.

2.Выполнение измерений, необходимых для построения профилей свободной поверхности воды на неподтопленном и подтопленном водосливах.

3.Фиксация глубины в нижнем бьефе, при которой произойдет подтопление водослива, и определение критерия подтопления.

4.Опытное определение коэффициента расхода неподтопленного водослива, коэффициентов подтопления и скорости подтопленного водослива и сравнение их значений со значениями из литературных источников.

114

5.Определение расчетом глубин на пороге неподтопленного и подтопленного водосливов и сопоставление их значений с измеренными глубинами.

6.Определение расчетным путем значения перепада восстановления и сравнение его с опытным значением.

7.Вычисление расходов воды для неподтопленного и подтопленного водосливов с использованием формул по исходным опытным данным и сопоставление их значений с опытным расходом.

Общие сведения

При возведении в водотоке преграды, в том числе и при стеснении потока только с боков, уровень жидкости в водотоке повышается. Повышение происходит до тех пор, пока через стесненное живое сечение не будет проходить расход воды русла или водотока. Этот подъем уровня сопровождается накоплением энергии, потребной для преодоления торможения потока преградой.

Сооружение в преграде, через которое происходит перелив воды, называется водосливом, а движение - истечением через водослив. Истечение через водослив происходит под юздействием напора Н, представляющего собой разность удельной потенциальной энергии на уровне свободной поверхности в верхнем бьефе (ВБ) и на уровне верха порога.

К водосливам с широким порогом (рис. 15.1) относятся водосливы, при переливе через которые на среднем участке гребня /ср движение становится плавноизменяющимся, тогда как на участках входа 4х и слива /сл поток является резкоизменяющимся. Это имеет место при относительной толщине порога ЫН> 2...3.

В

н

s£HE

im.

Н

Рис. 15.1

в гидротехническом строительстве водосливами с широким порогом считаются водосливы с толщиной стенки ЫН> 2... 10. В этом случае потери напора происходят в основном за счет местных сопротивлений; потери напора по длине порога пренебрежимо малы.

Многие дорожные водопропускные сооружения (малые мосты, безнапорные трубы) работают по принципу истечения через водосливы с широким порогом, только высота порога = 0. В связи с этим в практике дорожного строительства понятие водослива с широким порогом не ограничивается верхним пределом ЫН= 10. Значение б/Я может быть и более 50.

Для уменьшения местных сопротивлений входное ребро водосливов делают скошенным или закругленным.

Как и водосливы других профилей, водосливы с широким порогом бывают без бокового сжатия и с боковым сжатием; по характеру сопряжения переливающейся через водослив струи с потоком нижнего бьефа водосливы работают как неподтопленные, когда параметры потока в НБ не влияют на пропускную способность сооружения, и как подтопленные, когда пропускная способность изменяется с изменением глубины h^. с увеличением Лб растут сопротивления движению, и в связи с этим уменьшается пропускная способность водослива.

Форма свободной поверхности потока на гребне неподтоплен-

Рис. 15.2

где и - коэффициент или параметр подтопления, значение которого зависит от условий истечения и находится в диапазоне и = 0,75.. .0,88. Определение конкретного значения параметра п будет приведено ниже.

При подтоплении водослива его пропускная способность уменьшается.

Последовательная смена установившихся форм свободной поверхности потока на пороге водослива с увеличением глубины подтопления h„ показана на рис. 15.3. В первых трех случаях (рис. 15.3, а, б, в) на пороге есть участки потока с глубиной, меньшей критической h^, поток пребывает в бурном состоянии и поэтому истечение является неподтопленным. Схемы движения на рис. 15.3, г, д представляют затопленное движение. При этом в начале подтопления движение характеризуется образованием волн на пороге. С увеличением подтопления, т. е. с увеличением hJHo, поверхность воды на пороге почти горизонтальна и образуются два перепада, один из которых есть перепад восстановления Z^, обусловленный переходом части кинетической энергии в потенциальную при сходе потока с порога водослива.

Неподтопленные водосливы с широким порогом рассчитывают по формуле

(15.2)