3.10. Исследования водослива с широким порогом

Цель работы: Определить из опыта

• значение коэффициента расхода m для неподтопленного водослива;

• значение глубины, соответствующее началу подтопления водослива:

h=h_н – Р;

• определить s или j для подтопленного водослива.

Сравнить полученные опытные значения коэффициентов с данными в справочной литературе.

3.10.1. Теоретические основы исследования

Водослив с широким порогом (рис. 3.18) имеет отношение ширины горизонтального порога  к статическому напора Н на водосливе в пределах:

. (3.89)

Напор Н измеряется в сечении потока на расстоянии, примерно, 3Н от верховой грани водослива.

Р

Н_о

Z_в

Ñ_3В

h_к

h

Ñ₃

Ñ_1Н

Ñ₂

Ñ_1ВЫ

Ñ_3Н

Z_н

Z_в

h

Р

Н

h_н

h_к

h_н

h_к

а

) б)

Z­_н

Z_в



h

h_к

Н

h

h_н

h_н





Рис. 3.18. Схема неподтопленного и подтопленного водосливов

При этом (>2Н) на пороге водослива создаются условия параллельно-струйного движения потока.

Если уровень жидкости в нижнем бьефе не влияет на величину расхода через водослив, то водослив с широким порогом будет неподтопленным. В прямоугольном русле без бокового сжатия водослив считается неподтопленным при условии (по Р.Р. Чугаеву):

, (3.90)

или

, (3.91)

где h_п­ – высота подтопления;

h_н – глубина в нижнем бьефе;

Р – высота порога водослива;

– напор с учетом скорости подхода _o;

;

здесь b – ширина водослива;

g – ускорение свободного падения.

На поверхности жидкости при истечении через неподтопленный водослив образуется два перепада Z_в и Z_н, а глубина на пороге устанавливается меньше критической, т.е. поток на пороге будет бурным.

Для прямоугольного русла

. (3.92)

Расход жидкости Q через неподтопленный водослив с широким порогом без бокового сжатия определяется по формуле

, (3.93)

где m – коэффициент расхода водослива с широким порогом, его значение колеблется в пределах 0,32…0,38.

При затопленном водосливе (рис. 3.18, б) нижний бьеф влияет на величину расхода через водослив. Подтопленный водослив характеризуется одним положительным перепадом Z_в и одним отрицательным Z_вс – так называемым перепадом восстановления. Глубина на водосливе становится больше критической.

Расход через подтопленный водослив можно определить по той же формуле, что и для неподтопленного, с введением коэффициента , учитывающего подтопление и перепад восстановления

, (3.94)

или по формуле без учета перепада восстановления, который в лабораторных условиях практически не заметен,

, (3.95)

где  – коэффициент скорости.