3.9. Прямоугольный водослив с тонкой стенкой

Цель работы: Определить опытным путём для подтопленного водослива с тонкой стенкой:

а) коэффициент расхода m_нп неподтопленного водослива без бокового сжатия;

б) коэффициент расхода m­_бс водослива с боковым сжатием;

в) коэффициент подтопления s­ .

3.9.1 Теоретические основы исследования

При возведении в русле какой-либо преграды, в том числе при стеснении потока только с боков, уровень жидкости в русле повышается. Повышение будет происходить до тех пор, пока через стеснённое живое сечение не будет проходить расход потока, идущего по руслу. Сооружение в преграде, через которое происходит перелив воды, называется водосливом, а движение – истечением через водослив.

Водослив в стенке может быть неподтопленный (рис. 3.16) и подтопленный (рис. 3.17).

Рис. 3.16. Неподтопленный водослив в тонкой стенке

Рис. 3.17. Подтопленный водослив в тонкой стенке

Подтопленным водослив получится при соблюдении одновременно двух условий:

, (3.79)

(3.80)

где h_п – глубина подтопления;

Z – разность уровней воды перед водосливом и за водосливом;

Р – высота водосливной стенки (порога).

Если , то водослив будет неподтопленным. Для неподтопленного водослива без бокового сжатия расчеты основаны на уравнении расхода:

, (3.81)

где b – ширина водослива;

Н – напор на водосливе;

m_нп – коэффициент расхода через непотопляемый водослив, определяемый, например, по формуле

. (3.82)

В случае неподтопленного водослива с боковым сжатием (ширина водослива b меньше ширины русла В), коэффициент расхода определяется по эмпирической формуле Эгли:

. (3.83)

Если водослив подтоплен, то в формулу вводится коэффициент подтопления, определяемый по формуле Базена*:

. (3.84)

3.9.2. Описание экспериментальной установки

1) В лотке прямоугольного сечения устанавливается модель водослива. Открывается задвижка на трубопроводе, и в лоток подается расход воды Q.

Струя, переливающаяся через водослив, должна быть свободной, для этого пространство под струей соединяется с атмосферной трубкой.

С помощью затвора в конце лотка устанавливается нужный уровень нижнего бьефа h_H. Когда движение воды станет установившимся, и уровень в ВБ изменяться не будет, можно выполнять измерения.

2) Измеряются отметки поверхностей ₁ … ₅, ширина водослива в, и данные вносятся в табл. 3.16.

3) Расход воды Q измеряется с помощью мерного водослива, установленного в приемном баке.

3.9.3. Порядок проведения опыта

1) Вычислить напор на водосливе Н, высоту водосливного порога Р, глубину в нижнем бьефе

­₃ – ₅, Р=­₅ – ­₁ , h_н =­₄ – ­₂. (3.85)

2) Проверить критерий подтопления по (3.79) и (3.80). Все эти величины (3.85) заносятся в таблицу 3.17 (для незатопленного истечения) и таблицу 3.18 (для затопленного истечения).

3) Из уравнения расхода при опытных значениях величин определить опытное значение коэффициента:

. (3.86)

4) Обеспечив подтопление водослива, вычислить опытный коэффициент подтопления:

(3.87)

при значении m_оп, полученном для неподтопленного водослива.

­ 5) Определение коэффициента расхода m_ос для водослива с боковым сжатием выполнить в том же порядке как и для водослива без бокового сжатия.

(3.88)

Все значения опытных коэффициентов сравниваются с вычисленными по эмпирическим формулам значениями.

По разделу УНИРС следует сделать наблюдения за свободной, прилипшей и подтопленной струей при истечении через водослив; оценить влияние несвободного истечения и аэрации потока на коэффициент расхода водослива.

Таблица 3.16

Опытные данные

№ опыта	Ширина водослива B, см	Отметка дна		Отметка пов-ти воды		Отметка гребня водослива ­5 ,см	Характер истечения
		Верхний бьеф ­1­, см	Нижний бьеф ­2, см	Верхний бьеф ­3, см	Нижний бьеф ­4,см
1	2	3	4	5	6	7	8
1 2

Таблица 3.17

Незатопленное истечение через водослив

№ опыта	Напор на водосливе Н, см	Высота порога Р,см	Глубина в нижнем бьефе hн­,см	Критерии незатопленного истечения	Значение m­оп
					опыт-ное	по формуле
1	2	3	4	5	6	7	8
1 2

Таблица 3.18

Затопленное истечение

№ опыта	Расход Q, л/с	Напор на водосливе Н, см	Глубина в нижнем бьефе hy, см	Критерий незатопленного истечения	Опытное значение mо (зат.), см	Глубина подтопления hп. см	Разность уровней Z. см	Значение 
								Опытное	по формуле по формуле
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1 2