Установившееся движение жидкости в открытых руслах

Размещено на http://www.allbest.ru/

УСТАНОВИВШЕЕСЯ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТЫХ РУСЛАХ

1. Предварительные сведения

В отличие от рассмотренного ранее напорного движения, при котором живое сечение потока (при отсутствии водоворотных областей) совпадает с поперечным сечением канала, при движении жидкости в открытых руслах (рис. 10.1) лишь часть периметра живого сечения потока имеет твердую границу (acb), и всегда есть часть периметра живого сечения, которое граничит с жидкостью или газом, расположенным над ней. Эта отличительная особенность обусловливает два важных следствия.

Площадь живого сечения безнапорного потока даже в цилиндрическом русле является переменной величиной, которая зависит от характеристик потока и может изменяться вдоль течения.

Давление на свободной поверхности обычно можно принять постоянным вдоль всего потока и равным атмосферному, а используя уравнение Бернулли, можно исключить давление из разчетных зависимостей.
Расстояние от свободной поверхности до самой низкой точки поперечного сечения русла называют глубиной потока h. Ширину потока на уровне свободной поверхности В тогда площадь живого сечения потока S для заданного поперечного сечения русла есть как функции глубины h и продольной координаты l поперечного сечения

S= (h,l )и В = B(h, l).

Если в фиксированном поперечном сечении русла придать глубине h приращение , то площадь живого сечения получит приращение ?S (заштрихованное на рис. 10.1), которое с точностью до малых высокого порядка равно

 или

Переходя к пределу при -->0, получим

тогда

Удельный расход связан со средней скоростью v зависимостью

или

2. Удельная энергия сечения. Критическая глубина

Проведем плоскость сравнения 0--0 через самую низкую точку (с) живого сечения (см. рис. 10.1). Удельной энергией сечения называют частное значение полного (гидродинамического) напора

но р-не учитываем аz = h ,

Выразив среднюю скорость v через расход, представим (3.3) в виде

Легко заметить, что при h-->0 значение Э(h)-->. При h значение Э(h) также неограниченно возрастает, но в этом случае второе слагаемое в правой части стремится к нулю, так что при больших глубинах Э(h) ~ h, следовательно, биссектриса первого координатного угла, т.е. линия f(h) = h, является асимптотой функции Э(h). На рис. 10.3 представлена зависимость Э = Э(h) для каналов; здесь, как и впоследствии при изучении безнапорного движения, когда аргументом функции является глубина, значения аргумента откладываются по вертикальной оси, а значения функции -- по горизонтальной.

Как следует из приведенных выше соображений, функция Э = Э(h) должна иметь при h > 0 хотя бы один минимум, т.е. для русел

простой формы (прямоугольных, трапецеидальных, параболических) минимальное значение удельной энергии сечения единственное (более сложные случаи рассматриваться не будут).

Глубину, отвечающую минимуму удельной энергии сечения, называют критической и обозначают hK. Потоки, у которых глубина больше критической, называют спокойными. Они характеризуются небольшими скоростями течения. Потоки с глубинами h < hK называют бурными.

Найдем выражение для определения критической глубины из условия, что при h = hK производная от Э(h) равна нулю:

Подставив в, получим уравнение для вычисления критической глубины:

Для прямоугольного русла, когда , а В = b = const, выражение (3.6) приобретает более простую форму:

где q = Q/b -- удельный (приходящийся на единицу ширины русла) расход.

Изложенное выше является основанием для введения в качестве критерия состояния безнапорного потока числа Фруда:

которое представляет собой отношение скоростного напора v2/2g, выражающего удельную кинетическую энергию потока, к половине глубины h/2 , выражающей удельную потенциальную энергию. В соответствии с полученными результатами, если Fr < 1, то v2 < gh или ис- пользуя (3.7), имеем и, приравняв = 1,0, получим h > hK; следовательно, поток спокойный. Аналогичные вычисления показывают,

что если Fr > 1, то h < hK, и поток бурный.

3. Энергетическое уравнение равномерного движения. Нормальная глубина

Большую роль при изучении безнапорных потоков играет продольный уклон дна, который обозначается через i и представляет собой синус угла наклона дна к горизонту:

где zд = zд (l) -- отметка дна канала.

Кроме того, при этом гидравлический уклон

Таким образом вся энергия, которую получает поток за счет работы силы тяжести, расходуется на преодоление сил трения, создающих сопротивление движению, а кинетическая энергия потока v2/2g не изменяется вдоль течения. Уравнение (3.10) является энергетическим уравнением безнапорного равномерного движения. Глубину, при которой в цилиндрическом канале имеет место равномерное движение, называют нормальной и обозначают через h0. Если потери напора связывать со скоростью потока с помощью формулы Шези v = C,RJe, то нормальная глубина определяется из уравнения (3.10), которое при заданных расходе Q, уклоне дна i, способе определения С через h и характеристиках поперечного сечения русла имеет вид



Это уравнение обычно решают графически, используя для вычисления С формулу Маннинга

где n -- коэффициент шероховатости, определяемый по табл. 5.1 в зависимости от описания поверхности русла.

Если, пользуясь формулой, построить зависимостьi = i(h0), то она будет иметь вид, представленный на рис. 10.5, так как в знаменателем правой части (3.11) стоят возрастающие функции h0 , Q = const. Если подобрать уклон дна таким образом, чтобы нормальная глубина стала равной критической (h0 = hK, что всегда возможно, так как критическая глубина от уклона не зависит), то такой уклон называется критическим. На рис. 10.5 видно, что если в действительном русле уклон i < iK, то h0 > hK, если же i > iK, то h0 < hK.

Используя зависимости (3.6) и (3.11), можно получить выражение для критического уклона:

При расчете широких грунтовых каналов и естественных водотоков, когда глубина потока h<B/10, можно считать, что B(h) = S(h); в этом случае зависимость (3.13) имеет более простой вид:



4. Трапецеидальные каналы. Гидравлически наивыгоднейшее сечение

Наиболее распространенной формой поперечного сечения безнапорных каналов, используемых в строительной практике, является трапецеидальная (см. рис. 10.2,6). Коэффициент бокового откоса m = ctg (называемый также заложением откоса) назначается с таким расчетом, чтобы исключить обрушение откоса. При этом надо иметь в виду, что откос канала должен быть по возможности наиболее крутым, так как крутой откос обеспечивает при прочих равных условиях минимальную ширину канала на уровне свободной поверхности. Если грунт скальный, то откос может быть сделан вертикальным (m = 0); для канала в плотной глине с бетонной облицовкой можно принять т = 0,5... 1,0. Для несвязных грунтов угол должен быть меньше угла естественного откоса грунта , причем грунт следует предполагать водонасыщенным; в зависимости от окатанности частиц грунта принимают = (14...30)°. Назначая < , создают запас устойчивости откоса, так как на грунт кроме силы тяжести действуют влекущая сила со стороны руслового потока, фильтрационные силы со стороны воды, притекающей в канал из водонасыщенного грунта, слагающего берега, при понижении в канале уровня воды (например, при его опорожнении). Отметим, что облицовка канала бетонными плитами или бутовой кладкой увеличивает устойчивость откосов только сравнительно небольших каналов с глубиной h0 < 1,0...1,5 м. При выполнении гидравлических расчетов значение m считаем заданным (не зависящим от результатов расчета). Коэффициент шероховатости n обычно при гидравлическом расчете неразмываемых русел также считается заданным, так как он зависит от материала, слагающего поверхность русла, и от технологии выполнения строительных работ.

В строительной практике удобной характеристикой трапецеидального канала является отношение ширины по дну b к глубине h (относительная ширина):

Если проанализировать зависимость средней скорости воды в канале при заданных Q, m, n и i от этой величины , то окажется, что в очень узких и очень широких каналах смоченный периметр, а следовательно, сопротивление движению воды больше, чем при некотором промежуточном значении зависимости v = v() и = () также имеют экстремум при некотором (рис. 10.6). Поперечное сечение трапецеидального канала, в котором при заданных Q, m, n и i средняя скорость максимальна, а площадь поперечного сечения и смоченный периметр минимальны, называется гидравлически наивыгоднейшим.

Найдем гидравлически наивыгоднейшее значение , которому отвечают экстремумы функций и для трапецеидальных каналов. Переписав зависимости (3.15) и (3.16) в виде

и принимая во внимание, что глубина h также зависит от найдем



Значение , являющееся решением системы уравнений (3.16), определяет гидравлически наивыгоднейшее сечение и обозначается

=

Приведем в таблице основные задачи гидравлического расчета равномерного движения воды в трапецеидальных каналах (табл. 10.1).

Задачи гидравлического расчета каналов

Номер задачи	1	2	3	4	5
Заданные величины (кроме m и n, которые считаются заданными во всех задачах)	b	b	Q	Q
	ho	h0	i	i	Q
	Q	i	ho	b	i
Искомая величина	i	Q	b	h0	b, h0

Основные приемы решения задач следующие. Задача 1 решается с помощью формулы Шези

i = Q2 /2C2R,

где ;

Задача 2 решается с помощью тех же формул.

В задаче 3, задавая ряд значений Ь, определяют, как в задаче 1, расход Q для каждого задаваемого b и строят график зависимости



Рис. Графическое решение задач 3 и 4

Задача 4 решается аналогично предыдущей (см. рис. 10.7,6).

В задаче 5, задавая ряд значений h0, находят соответствующие b =h0, а затем строят зависимость Q = Q(h0) и по Qнeo6x определяют искомые hn и b.

5. Ограничение скорости воды в каналах

При эксплуатации каналов к ним предъявляются следующие требования, обеспечивающие неизменность их поперечного сечения и пропускной способности.

1. Если в канал поступает вода, содержащая взвешенные частицы грунта, то они не должны выпадать из потока. Как правило, взвешенные частицы, попадающие с водой в искусственные русла, мелкие, илистые, поэтому изменение поперечного сечения канала вследствие выпадения из руслового потока взвешенных частиц называется заиливанием канала.

Ложе канала не должно размываться русловым потоком. Это требование, как правило, актуально для необлицованных грунтовых каналов.

Ложе канала не должно (если только противное не предусмотрено проектом) зарастать травой, водорослями, кустарником и т.п., так как при этом возрастают потери напора по длине и уменьшается пропускная способность канала. Что касается последнего требования, то оно важно главным образом для каналов, эксплуатируемых в условиях жаркого климата. Обычно полагают, что для исключения зарастания средняя скорость руслового потока должна быть не меньше (50...60) см/с.

6. Предотвращение заиливания каналов

Скорость равномерного падения под действием силы тяжести твердой частицы в достаточно большом (по сравнению с размерами частицы) объеме покоящейся воды называется гидравлической крупностью и обозначается w.

Частица грунта может быть вовлечена в поток, если ее гидравлическая крупность за счет турбулентности не превосходит максимального значения вертикальной пульсационной скорости:

w < max ( uz )

Экспериментальные исследования турбулентных потоков в в открытых руслах показали, что среднее значение вертикальной пульсационной скорости [см. (5.104)] в турбулентном ядре потока, не содержащего взвешенных частиц грунта, составляет (5...7) % от средней скорости V. Вовлечение в поток частиц грунта из ложа русла и их транспортирование требуют затраты части энергии пульсационного движения воды. Если эта часть становится настолько большой, что значение вертикальных пульсационной скорости заметно уменьшается, то дальнейшее взвешивание частиц грунта прекращается, а возможный избыток взвешенных частиц выпадает из потока. В результате взвесенесущий поток стабилизируется и становится продольно-однородным.

Транспортирующей способностью Qs турбулентного потока называют максимальный твердый массовый расход (т.е. масса частиц грунта, проносимых потоком воды в единицу времени через поперечное сечение потока) продольно-однородного взвесенесущего потока.

Транспортирующая способность Qs зависит от размера частиц грунта на дне русла.

Если дно русла сложено крупными частицами, так что w, то поток не сможет их оторвать от дна русла, следовательно, для этих частиц Qs=0

Массовая концентрация взвешенных наносов, т.е. масса частиц грунта в единице объема воды, называется мутностью и обозначается . Средняя по вертикали мутность, соответствующая транспортирующей способности, называется критической:

где qs и q - удельные (на единицу ширины русла) транспортирующая способность потока и расход воды.

Согласно экспериментальным исследованиям, критическая мутность в турбулентном потоке может быть оценена по формуле

где ks = (0,015...0,030)кг-с2/м4; w -- средняя (характерная) для данного взвесенесущего потока гидравлическая крупность.

Зависимость (10.32) позволяет определить минимальную допустимую
скорость воды в канале, при которой из потока с мутностью -в не будут
выпадать частицы грунта с гидравлической крупностью w; эту скорость
называют незаиляющей:

Если в проектируемый канал из речного водозабора поступает вода с
мутностью , а взвешенные частицы грунта имеют гидравлическую крупность w, то при глубине потока h канал должен иметь продольный уклон i и поперечное сечение (т.е. b, m, n) такие, чтобы

R- гидравлическая разница

Если это условие не выполняется, то в проекте необходимо либо изменить поперечное сечение канала (если возможно, сделать его ближе к гидравлически наивыгоднейшему), либо уменьшить шероховатость n, либо увеличить продольный уклон i. Это не всегда возможно главным образом по двум причинам.

По топографическим условиям изменение продольного уклона может потребовать значительного увеличения объема земляных работ; кроме того, при увеличении уклона канал может не обеспечить доставку воды
на требуемые геодезические отметки (на так называемую высоту командования).

Большие скорости воды в канале могут быть опасны (если ложе канала фунтовое, необлицованное), поскольку не исключен его размыв русловым потоком.

При невозможности увеличения скорости воды v выполнения неравенства (3.21) можно добиться путем уменьшения значения vнезаил. Наиболее радикальным средством является уменьшение мутности воды путем отстаивания ее в специальных бассейнах (отстойниках, см. разд. 23.7).

7. Предотвращение размыва грунтовых каналов. Метод влекущей силы

Требованием, при выполнении которого русло не размывается, является ограничение средней скорости руслового потока v:

V< vнеразм

где vнеразм -- максимальная допустимая по условию размыва ложа русла (максимальная неразмывающая) скорость руслового потока. Как показывают эксперименты, значение этой скорости зависит как от характеристик грунта, слагающего дно русла, так и от формы и размеров поперечного сечения канала и от количества взвешенных наносов и коллоидных частиц, транспортируемых русловым потоком. Под характеристиками грунта следует понимать:для несвязных грунтов (песков) -- гранулометрический состав, угол естественного откоса, наличие глинистых фракций;для связных грунтов (супеси, суглинки, глины) -- дополнительное сцепление и другие более сложные физико-химические характеристики.В табл. 10.2 приведены ориентировочные максимальных неразмывающих скоростей для различных материалов при условии, что глубина потока h = 1 м и в нем отсутствуют взвешенные и коллоидные частицы. сечение канал заиливание водослив

Таблица 10.2. Неразмывающие скорости и касательные напряжения для потока с h = 1m

Материал ложа канала	vнеразм , м/c
Несвязные материалы
Мелкозернистые пески, d = 0,25 мм	0,39
Среднезернистые пески, d= 1,0 мм	0,55
Крупнозернистые пески, d = 3,0 мм	0,80
Гравий, d= 15 мм	1,20
Галька, d = 100 мм	1,50
Связные материалы
Супесь	, 0,54
Суглинок плотный	0,75
Глина плотная	1,05

Чтобы для заданного грунта вычислить vнеразм для потока с глубиной h 1 м, значение vнеразм, приведенное в табл. 10.2, пересчитывают с помощью формулы Шези, для чего это значение умножают на h2/3.

Отметим, что полученные из табл. 10.2 значения неразмывающей скорости соответствуют условиям плоской задачи, а использование их для каналов с произвольной формой поперечного сечения вносит в расчеты трудно оцениваемую погрешность. Чтобы оценить влияние формы поперечного сечения канала на его устойчивость к размыву, следует детально описать механизм взаимодействия потока и дна канала.

8. Терминология и классификации водосливов

Отверстие в стенке резервуара, расположенное вблизи свободной поверхности жидкости в нем так, что на всем участке потока, где течение определяется наличием отверстия, движение жидкости безнапорное, т.е. свободная поверхность потока не имеет разрыва, называется водосливным; стенка, в которой имеется водосливное отверстие, называется водосливной стенкой, или просто водосливом (рис. 13.1).

Область потока, расположенная выше по течению от водосливной стенки, называется верхним бьефом, и уровень воды обозначается УВБ; область ниже по течению -- нижним бьефом, и уровень воды соответственно обозначается УНБ.



Рис. 13.1. Истечение через водосливную стенку: а -- продольный разрез потока; б -- вид с нижнего бьефа

Отметка наиболее низкой точки водосливного отверстия называется отметкой гребня водослива и обозначается Гр. вод. (см. рис. 13.1).

Свободная поверхность воды в резервуаре понижается по мере приближения к водосливной стенке, через которую происходит истечение. Разность между отметкой свободной поверхности в резервуаре, где этим понижением можно пренебречь, и отметкой гребня водослива называется напором на водосливе и обозначается Н.

Если гребень водослива представляет собой горизонтальную площадку be (рис. 13.2,а,б,в), то размер этой площадки 8 в направлении движения жидкости называется шириной порога водослива, так как водосливную стенку часто называют порогом.

В зависимости от значения отношения /Н возможны три различные формы истечения через водосливы.

1. Струя жидкости формируется только напорной гранью ab (рис. 13.2,а), а размеры и форма других граней (bc и cd) и дно в верхнем бьефе не оказывают влияния на истечение и в конечном итоге на расход через водослив; такие водосливы называются водосливами с тонкой стенкой. Критерием, определяющим, будет ли водосливная стенка тонкой, является условие /Н < 0,5.



Если горизонтальный гребень водослива достаточно велик (рис. 13.2,в), то в пределах водосливного отверстия образуется участок плавноизменя-ющегося движения (между сечениями 2--2 и 3--3), причем сечение 2--2 расположено на расстоянии около (1,5...2)Н от грани ab, а сечение 3--3 -- на расстоянии приблизительно 0,25Н от грани cd. Вместе с тем, про дольный размер 5 грани be должен быть сравнительно небольшой, чтобы можно было пренебречь потерями напора по длине в пределах водослива по сравнению с местными потерями, так что на участке от 2--2 до 3--3 свободная поверхность практически горизонтальна. Такие водосливы называют водосливами с широким порогом. Критерием, позволяющим выделить такие водосливы, является условие 2 < /Н < 8.

Водосливы, не относящиеся к этим двум видам, называют водосливами практического профиля (рис. 13.2,6 и г). Они характеризуются; тем, что, с одной стороны, истечение через них формируется не только напорной гранью ab (размеры и форма других граней тоже оказывают влияние на истечение,,, а с другой стороны, при истечении через них не образуется участок с горизонтальной свободной поверхностью. К этому виду относятся также все водосливы, не имеющие горизонтальной грани и не относящиеся к водосливам с тонкой стенкой. Эти водосливы получили свое название вследствие большой распространенности в гидротехническом строительстве. Один из водосливов этого вида, стенка которого имеет очертание, представленное на рис. 13.2,г и называемое очертанием

Кригера--Офицерова по именам предложивших его ученых, пропускает при заданном напоре Н через водослив наибольший расход.

При описании истечения через водосливы предполагалось, что уровень воды в нижнем бьефе не оказывает влияния на истечение через водослив. Такие водосливы называются неподтопленными. Если же уровень воды в нижнем бьефе достаточно высок и оказывает влияние на истечение через водослив, такие водосливы называются подтопленными (рис. 13.3)

Рис. Подтопленные водосливы: а -- с тонкой стенкой; б -- практического профиля; в -- с широким порогом

Кроме приведенных выше классификаций, водосливы различают по очертанию и по положению водосливной стенки (точнее -- ее гребня) в плане. Основные типы водосливов, согласно этой классификации, представлены

Рис. Классификация водосливов по их плановому очертанию: а -- прямой; б -- косой;

9. Формулы для расхода воды через водосливы

Структура расчетных формул для определения расхода через неподтопленные водосливы основана на предпосылках, которые сформулируем для водосливов с тонкой стенкой и с широким порогом (рис. 13.6):

а) в некотором расчетном сечении, где движение можно считать плавноизменяющимся (для водослива с тонкой стенкой это сечение с--с, а для водослива с широким порогом -- 2--2 или 3--3), средняя скорость, согласно уравнению Бернулли (см. гл. 8), определяется по формуле где -- коэффициент скорости, который учитывает местные потери напора на участке водослива выше по течению от указанного сечения;

б) площадь этого сечения определяется геометрическими размерами и формой водосливного отверстия и линейно зависит от напора на водосливе, т.е., где b -- ширина водосливного отверстия, или ширина водослива; безразмерный коэффициент к учитывает влияние формы и вертикального размера порога св на вертикальный размер расчетного сечения, а безразмерный коэффициент в учитывает влияние относительного сужения потока в плане b/В (где В -- ширина потока на подходе к водосливному отверстию) и формы кромок вертикальных стенок отверстия, обтекаемых потоком; е называют коэффициентом бокового сжатия, причем, если b/В = 1, го и = 1.

Расход через водослив при сделанных предположениях составляет



Поскольку значения к и зависят от одних и тех же величин (от размеров и формы порога), их произведение обозначают через m и называют коэффициентом расхода водослива. При этом основная формула для расчета расхода через неподтопленные водосливы принимает вид

Эта формула, полученная для водосливов с широким порогом и с тонкой стенкой, используется без специального обоснования и для водосливов практического профиля.

В справочной литературе имеются обширные материалы, полученные экспериментальным путем, для определения коэффициентов расхода m и сжатия е. Полезно помнить, что для водосливов с широким порогом m = 0,32...0,35, для водосливов с тонкой стенкой m = 0,40, а для водосливов практического профиля:

а) прямоугольных: m = 0,42...0,44;

б) очертание Кригера-Офицерова: m=0,48…0,25

10. Водослив Кригера--Офицерова

Водосливная стенка Кригера--Офицерова очерчивается так, чтобы ее поверхность ниже по течению от точки b до точки с (см. рис. 13.2,г) совпадала с нижней поверхностью тока струи, переливающейся через водослив с тонкой стенкой высотой ab. При этом обеспечиваются минимальные местные потери напора и соответственно максимальный коэффициент расхода.

Измерение расхода воды с помощью водосливов

Однозначная зависимость между расходом и напором на водосливе, устанавливаемая водосливной формулой, является основанием для использования водосливных стенок как простого и надежного средства измерения расхода воды. Обычно для этого неподтопленный водослив с тонкой стенкой устанавливают в конце достаточно длинного канала, в котором следует обеспечить равномерное движение воды (рис. 13.8).

На расстоянии l>ЗНmах, где Нmах -- напор, отвечающий максимальному расходу, на который рассчитан этот водослив, устанавливают измерительную иглу (тастер). Измерив отметку воды при фиксированном расходе и вычитая из нее отметку гребня водослива (которую часто называют "ноль водослива"), определяют напор Н на водосливе, а затем либо по водосливной формуле (13.3), либо по графику, построенному на ее основе (тарировочная кривая), находят величину расхода Q.

При измерении сравнительно малых расходов напор на водосливной стенке настолько мал, что истечение через прямоугольный водослив с тонкой стенкой становится неустойчивым: струя, имея маленькую скорость на гребне водослива, "прилипает" к водосливной стенке иногда по всему фронту водослива, иногда на части его. Истечение с прилипшей струей является неустойчивым, так как вакуум, образующийся между струей и стенкой, может эпизодически "срываться" вследствие проникновения атмосферного воздуха под струю. В результате нарушается зависимость между напором и расходом, устанавливаемая водосливной формулой.

Рис. 13.8. Измерение расхода с помощью водослива: а -- продольный разрез

лотка для измерения расхода; б -- вид нижнего бьефа прямоугольного водослива; в -- вид нижнего бьефа треугольного водослива

Для улучшения качества водослива как измерительного средства при малых расходах вместо прямоугольной водосливной стенки (рис. 13.8,6) в канале устанавливают стенку с треугольным вырезом (треугольный водослив, рис. 13.8,в). При истечении через такой водослив площадь сечения потока вблизи отметки гребня пропорциональна Н2 (а не Н, как у прямоугольной стенки), и поэтому расход через треугольный водослив пропорционален Н5/2. Водосливная формула для треугольного водослива имеет вид

где б -- угол при вершине треугольника (рис. 13.8,в). При б = 90°

Эта зависимость используется и для определения расхода Q при измеренном напоре Н и для построения тарировочной кривой Q = f(H).

11. Справочные материалы для расчета водосливов практического профиля

Коэффициент расхода для водосливной стенки Кригера--Офицерова (рис. 13.9)

,

где ; -- коэффициент полноты напора, определяемый по табл. 13.1; -- коэффициент формы, определяемый по табл. 13.2.

Примечание. При н > 60° значения надлежит принимать отвечающими = 60°.

Коэффициент бокового сжатия е принимает следующие значения:

если боковые устои и быки, разделяющие водосливы, прямоугольные в плане и имеют нескругленные вертикальные ребра, = 0,85;

для скругленных ребер = 0,95.

Если быки или устои выдвинуты в верхний бьеф на расстояние более 2Н от напорной грани водосливной стенки, то следует в любом случае принимать = 1,0.

Коэффициент подтопления аа рассчитывают по графику на рис. 13.11.

; кривая II-для водосливов нормального очертания ; кривая III-для водосливов с уширенным гребнем . Для трапецеидальных водосливов принимают

Таблица 13.3 Коэффициент расхода т для трапецеидальных профилей (рис.13.10)

Тип профиля
	0,5	1,0	1,5	2,0
Высокий профиль (св > ЗН)
sв = 0: sH = 0	0,32	0,36	0,39	0,41
Sв = 0,5, sH = 0	0,34	0,38	0,41	0,44
С закругленным входным
ребром г = (0,1--0,2)
Sв = 0, sн = 0	0,34	0,38	0,41	0,44
Профиль средней высоты (2Н < св < ЗН)
Sв= 0; sн = 0	0,32	0,36	0,39	0,42
Sв= 1,0; sн= 0	0,36	0,39	0,41	0,44
Sв=2,0; sн=0	0,37	0,40	0,41	0,44
Sв = 0; sн=1,0	0,33	0,37	0,4!	0,42
Sв = 0, sн = 2.0	0,33	0,36	0,40	0,42
Низкие профили
Sв = 0; sн= 0	0,32	0,36	0,39	0,42
Sв = 3,0; sн - 0	0,36	0,40	0,43	0,42
Sв=10,0; sн=0	0,37	0,39	0,35	0,40
Sв=0; sн=3,0	0,34	0,36	0,38	0,40
Sв= 0; sн= 10,0	0,34	0,35	0,36	0,36

Рис. Различные очертания водосливов с широким порогом

Таблица 13.4 Коэффициент расхода т для водослива с широким порогом без бокового сжатия (плоская задача; b = В; = 1,0).

	ctgB
	0	0,5	1,0	1,5	>2,5
0,0	0,385	0,385	0,385	0,385	0,385
0,2	0,366	0,372	0,377	0,380	0,382
0,4	0,356	0,365	0,373	0,377	0,381
0,6	0,350	0,361	0,370	0,376	0,380
0,8	0,345	0,357	0,368	0,375	0,379
1,0	0,342	0,355	0,367	0,374	0,378
2,0	0,333	0,349	0,363	0,371	0,377
4,0	0,327	0,345	0,361	0,370	0,376
8,0	0,324	0,343	0,360	0,369	0,376
	0,320	0,340	0,358	0,368	0,375

Таблица 13.5 Коэффициент расхода т для водослива с широким порогом без бокового сжатия (плоская задача; b = В; е = 1,0).

	0,025	0,05	0,2	0,6	>1,0
0,0 0,2 0,4 0.6 0,8 1,0 2,0 6,0	0,385 0,372 0,365 0,361 0,357 0,355 0,349 0,344 0,340	0,385 0,374 0,368 0,364 0,361 0,359 0,354 0,349 0,346	0,385 0,377 0,374 0,370 0,368 0.366 0,363 0,359 0,357	0,385 0,380 0,377 0,376 0,375 0,374 0,371 0,369 0,368	0,385 0,382 0,381 0,380 0,379 0,378 0,377 0,376 0,375

Примечание. При f / Н > 0,2 коэффициент расхода m следует принимать соответствующим этому крайнему значению отношения.

Таблица 13.6 Коэффициент расхода для водослива без порога (рис. 13.13)

	0	0,05	0,10	0,20	0,30	0,40	>0,50
0,0	0,320	0,335	0,342	0,349	0,354	0,357	0,360
0,1	0,322	0,337	0.344	0,350	0,355	0,358	0,361
0,2	0,324	0,338	0,345	0,351	0,356	0,359	0,362
0,3	0,327	0,340	0,347	0,353	0,357	0,360	0,363
0,4	0,330	0,343	0,349	0.355	0,359	0,362	0,364
0,5	0,334	0,346	0,352	0,357	0,361	0,363	0,366
0,6	0,340	0,350	0,354	0,360	0,363	_	-
0,7	0,346	0,355	0,359	0,363	-	-	-
0,8	0,355	0,362	0,365	-	-	-	-
0,9	0,367	0,371	-	-	-	-	-
1,0	0,385	-	-	-	-	-	-

Рис. 13.13. Плановое очертание водослива без порога

Коэффициент сжатия е рассчитывается так же, как для водосливов практического профиля.

Таблица Коэффициент скорости для расчета подтопленных водосливов с широким порогом по формуле

m	0,30	0,32	0,34	0,36	0,38
	0,77	0,84	0,90	0,96	0,99

Глубину h, в формуле принимают в первом приближении равной высоте подтопления h п.

Размещено на Allbest.ru

...