Сопряжение
бьефов
Поток воды, сходящий с водослива плотины, обладает огромным запасом энергии. Падая на подошву сооружения, такой поток может разрушать и разбивать конструкции, размывать дно.
Требуется «погасить» энергию потока. Такие задачи в рамках инженерной гидравлики называются
сопряжением бьефов.
Наибольшего значения скорость потока достигает в сжатом сечении. Там же устанавливается наименьшая глубина.
Уравнение Бернулли:
С H 02 |
h с2 |
с2 . |
||
н |
2 g |
с |
2g |
2 g |
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
. |
|
Сн H0 hc |
Q2 |
. |
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2 g c2 |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
Q qb; |
|
|
||||||
В случае прямоугольного русла |
|
c bhс; |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Глубина в сжатом сечении: |
|
|
|
||||||
hc |
|
|
q |
|
. |
Уравнение решается методом |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2 g Cн H0 hc |
|||||||||||||
|
|
последовательных приближений. |
|||||||||||
Сопряжение струи с нижним бьефом
Возможны два случая:
•уклон дна нижнего бьефа больше критического;
•уклон дна нижнего бьефа меньше
критического.
Положение гидравлического прыжка (форма сопряжения бьефов)
Каждому заданному расходу отвечает определенная сжатая глубина hс. А каждому значению глубины перед гидравлическим прыжком отвечает строго определенное значение сопряженной глубины после прыжка hс2. Тогда можно построить за водосливом воображаемый гидравлический
прыжок с сопряженными глубинами hс и hс2 – показан пунктирной линией.
Положение гидравлического прыжка
Отогнанный прыжок
hc2 hб ;
Надвинутый прыжок
hс2 hб ;
Затопленный прыжок
hc2 hб.
Гашение энергии потока в нижнем бьефе
Необходимо на возможно более короткой длине за плотиной снизить запас кинетической энергии потока воды. Это можно сделать:
•переведя часть кинетической энергии обратно в потенциальную, увеличивая глубину потока;
•рассеять часть кинетической энергии, переведя ее в тепловую за счет работы сил трения.
Наиболее выгодным для гашения энергии является надвинутый гидравлический прыжок, для которого нужна большая глубина нижнего бьефа. Если её нет в естественных условиях, глубину увеличивают устройством:
•водобойного колодца;
•подпорной стенки в конце водобоя;
•совместного применения водобойного колодца и подпорной стенки.
Гашение энергии потока в нижнем бьефе
При создании водобойного колодца понижают уровень дна русла нижнего бьефа у плотины.
В результате:
•полная высота падения струи увеличивается;
•сжатая глубина hс уменьшается;
•с уменьшением сжатой глубины сопряженная с ней глубина hс2 увеличивается, следовательно, увеличивается высота прыжка;
•с увеличением высоты прыжка резко увеличивается потеря энергии в нем.
Поверхностный режим сопряжения бьефов
Для создания поверхностного режима течения за водосливом водосливная часть плотины должна заканчиваться уступом или носком. При этом возникают следующие формы сопряжения:
сопряжение с донным режимом |
свободный поверхностный |
|
прыжок с донным вальцом |
затопленный поверхностный |
донный прыжок, затопленный |
|
прыжок с донным и |
||
на уступе |
||
поверхностным вальцами |
||
|
Наиболее целесообразны свободный или затопленный поверхностные прыжки.
