Прямой водослив с тонкой стенкой

Рассмотрим водосливы со свободным истечением, когда в пространство под струю с боков обеспечен свободный доступ воздуха и над струей атмосферное давление.

Незатопленный прямоугольный водослив с вертикальной тонкой стенкой, рис. 40, а.

Расчет выполняют по формуле (76), но при этом учитывают скорость подхода воды к водосливу υ₀, если она больше 1 м/с (по исследованиям Юлиуса Вейсбаха, а также по предложению Анри Базена):

, (77)

где

Н₀ = Н + – полный напор на водосливе. (78)

Перепишем формулу (77) с учетом (78):

(79)

. (80)

Введем обозначение

. (81)

Окончательно

, (82)

где m_OH – коэффициент расхода водослива с учетом скорости подхода. Приближенно можно принимать m_OH = 0,42.

Затопленный водослив с вертикальной тонкой стенкой, рис. 40, б.

Исследования также проводил Базен. Для подтопления водослива необходимо два условия: 1) высота подтопления ; 2) в нижнем бьефе должен быть спокойный режим движения.

Второму условию для прямоугольного сечения русла нижнего бьефа и b=B на основании экспериментальных исследований соответствует соотношение относительных перепадов:

(83)

где z – геометрический перепад на водосливе; – критическое значение относительного перепада; b – ширина водосливного отверстия; В – ширина водосливного фронта.

Если первое условие выполняется, а второе нет, то получим за стенкой водослива отогнанный гидравлический прыжок, и водослив окажется неподтопленным (рис. 40, а).

На основании исследований Б.А. Бахметева величину следует брать из графика [6, рис.6-13], построенного для разных значений коэффициента расхода m для водослива с тонкой стенкой и практического профиля, а также для водослива с широким порогом. В нашем рассматриваемом случае можно пользоваться графиком, построенным для среднего значения коэффициента расхода водослива с тонкой стенкой m_OH = 0,42, что достаточно для практических целей. Анализ графика показывает, что пока глубина воды в НБ h_НБ находится ниже высоты стенки водослива Р_Н ,расход Q не зависит от глубины h_НБ (водослив не подтоплен). Как только глубина h_НБ поднимется выше Р_Н, начинается уменьшение расхода Q (водослив подтоплен).

Следует отметить, что в большом диапазоне отношения значение =0,70÷0,75. В случае подтопленного водослива расход определяется по формуле:

, (84)

где

, (85)

σ_п – коэффициент подтопления, определяемый по формуле Базена, предложенной им в 1898 г.:

. (86)

При равенстве h_нб=P_H+H, чему соответствует выравнивание уровней воды верхнего и нижнего бьефов, расход Q = 0.

Для ориентировочных расчетов подтопленных водосливов можно принимать: m₀= 0,40.