Свободное истечение

Свободное истечение (см. рис. 9.22) наблюдается в следующих случаях:

· поток в нижнем бьефе находится в бурном состоянии: i₀>i_кр, h_н<h_кр;

· поток в нижнем бьефе в спокойном состоянии. Поток жидкости, вытекающий из-под щита, будет сопрягаться в виде отогнанного прыжка или прыжка в сжатом сечении.

При открытии щита на высоту а от дна русла поток, вытекающий из-под щита, обтекая нижнюю часть его, сужается по вертикали. В результате этого происходит сжатие потока. В сжатом сечении глубина потока равна h_с (см. рис. 9.22).

Глубину потока в сжатом сечении можно выразить через высоту открытия щита а и коэффициент сжатия потока :

h_c= . (9.52)

Коэффициент вертикального сжатия зависит от открытия щита а и геометрического напора перед щитом H, ε = f .

Для определения свободного истечения определяется глубина h_c", сопряженная с глубиной в сжатом сечении. Свободное истечение будет иметь место, когда h_c"> h_н (h_н — глубина воды в нижнем бьефе).

Свободное истечение из-под щита подобно истечению потоков через водосливы с широким порогом.

Расход потока при свободном истечении из-под щита выражается уравнением расхода, как для водослива с широким порогом:

(9.53)

где φ — коэффициент скорости; b — ширина русла, где установлен щит;

H₀ — полный напор потока перед щитом.

Уравнение (9.53) с учетом (9.52) можно записать в виде

Q=φab . (9.54)

Значения коэффициента скорости φ при истечении из-под плоского щита можно принять следующими:

· отверстие без порога — φ = 0,95 0,97 (см. рис. 9.22);

· отверстие с широким порогом — φ =0,85 0,95.

Для определения расхода потока при свободном истечении из-под щита используется следующая формула:

Q=φ . (9.55)

Значения функции φ = f(Fr) по А. Альтшулю приведены в V² табл. 9.5 (число Фруда Fr = ).

Таблица 9.5 Значения функции <р = f (Fr)

Fr =		0,01	0,025	0,06	0,1 и более
φ	1,06	1,0	0,97	0,96	0,96

Для плоского вертикального щита А. Альтшуль рекомендовал при определении коэффициента сжатия формулу

ε=0,57+ , (9.56)

где n = .

Расстояние от плоскости отверстия щита до сжатого сечения на основании экспериментов l 0,75а.

Длина прыжка l_п вычисляется по формулам, приведенным в гл. 8.