Водослив с широким порогом без бокового сжатия

Схема прямоугольного незатопленного и без бокового сжатия водослива с горизонтальным широким порогом представлена на рис. 9.11.

На входе потока на водослив с широким порогом происходит значительное снижение свободной поверхности с образованием на этом участке кривой спада. Понижение уровня свободной поверхности связано с тем, что за счет увеличения скорости происходит повышение кинетической энергии. Это приводит к снижению потенциальной энергии, которая характеризуется уменьшением глубины потока на пороге водослива.

Рис. 9.11. Неподтопленный водослив с широким порогом

Примем ширину канала b по всей длине порога водослива одинаковой. Гидравлическими сопротивлениями по всей длине водослива пренебрегаем.

Считаем, что глубина на пороге водослива h в средней его части (между сечениями а - а и с - с) постоянная. Следовательно, свободная поверхность на участке а - с горизонтальная и можно считать, что движение потока на этом участке плавно изменяющееся.

Для определения расхода через водослив используем уравнение Бернулли. За плоскость сравнения 0 - 0 принимаем плоскость порога водослива. Контрольные сечения: 1 - 1 - находится там, где не наблюдается начала определенного спада свободной поверхности в верхнем бьефе, и 2 - 2 - в средней части порога водослива.

Запишем уравнение Бернулли для данного случая:

, (9.11)

где V_o - средняя скорость подхода потока к водосливу; V - средняя скорость на пороге водослива в сечении 2 - 2; - коэффициент местных сопротивлений на входе водослива, который зависит от формы входного ребра при обтекании его потоком жидкости.

После преобразований уравнения (9.12) получим

, (9.13)

откуда скорость на пороге водослива

. (9.14)

В этой формуле - коэффициент скорости. Коэффициент кинетической энергии .

Скорость

. (9.15)

Расход водослива с широким порогом

. (9.16)

Расход, отнесенный к ширине потока, - удельный расход

. (9.17)

Принимая отношение и подставляя его в формулу(9.16), расход

. (9.18)

Выразим коэффициент расхода через и :

. (9.19)

В результате получим следующую формулу расхода:

. (9.20)

Выражение (9.20) аналогично основной формуле расхода водослива (9.4) без учета бокового сжатия и подтопления.

При вычислении расхода через водослив с широким порогом необходимо знать глубину на пороге водослива . Для определения величины существуют разные методы, основанные на определенных теоретических предпосылках и на экспериментальных гидравлических исследованиях.