С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Водосливы практического профиля криволинейного очертания широко применяются в гидротехнических сооружениях - плотинах, водосбросах и т.д.

Следует отметить, что в практике водоотведения водосливы практического профиля с криволинейной водосливной поверхностью (см. рис. 9.3) используют в перепадных колодцах в случае сопряжения коллекторов больших размеров и большой разности их отметок дна.

Очертание водосливной поверхности водослива, по которой движется поток, соответствует траектории свободно падающей струи. Такие криволинейные водосливы практического профиля называются безвакуумными водосливами, поскольку под струей давление достаточно близко к атмосферному. Существуют различные методы определения координат профиля таких водосливов, например метод Кригера-Офицерова.

Для расчета расхода через водосливы безвакуумного практического профиля используется формула

, (9.36)

где - коэффициент расхода водослива; - ширина водосливного фронта, ; - ширина отдельных пролетов (водосливных отверстий); - коэффициент подтопления водослива, учитывающий уменьшение Q в связи с подтоплением водослива потоком нижнего бьефа, для неподтопленного водослива ; - коэффициент бокового сжатия.

Для безвакуумного профиля водослива коэффициент расхода .

В том случае, если площадь отверстия водослива со стороны верхнего бьефа , скоростью подхода потока можно пренебречь и считать .

При увеличении напора Н повышаются скорости по поверхности водослива, струя жидкости отрывается от сливной поверхности и под ней создается вакуумметрическое давление.

К вакуумным водосливам относят такие водосливы, когда под струей на поверхности водосливной стенки возникает давление меньше атмосферного. В зависимости от напора на водосливе Н водосливы одинакового очертания могут быть как вакуумными, так и безвакуумными.

Коэффициент расхода вакуумного водослива больше, чем у безвакуумного, коэффициент расхода у него и несколько больше. Следует отметить, что в результате наличия вакуума наблюдается неустойчивый характер струи, ниспадающей с водослива, и разрушение поверхности водосливной грани.

Основным вопросом при расчете водослива со стенкой практического профиля является определение значений коэффициентов , и . Используя формулу (9.36), можно решить следующие основные задачи: нахождение Q при данных В и Н; нахождение В при данных Q и Н; нахождение Н при данных Q и В.

Коэффициент бокового сжатия

В случае одного водосливного отверстия коэффициент бокового сжатия определяется так же, как и для водослива с широким порогом, по формуле

. (9.37)

При наличии нескольких водосливных отверстий коэффициент сжатия может быть вычислен по следующей формуле:

(9.38)

где - коэффициент уменьшения, учитывающий форму быков в плане (рис. 9.14); b - ширина отверстия; - число отдельных водосливных отверстий одинакового размера отверстий; - коэффициент скругления ребер устоев (рис. 9.15).

Рис. 9.14. Форма быков в плане

Рис. 9.15. Формы округления вертикальных ребер устоев

Формулы (9.37) и (9.38) применимы при соблюдении условия .

При ориентировочных расчетах коэффициент сжатия принимается равным .

Пример 9.1

Определить расход через водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия при ширине водосливного отверстия м. Напор на водосливе м при высоте водосливной стенки м. Глубина воды в нижнем бьефе м (см. рис. 9.1).

Водослив не подтоплен, так как .

Коэффициент расхода определяем по формуле (9.6):

Расход вычисляем по формуле (9.5):

м³/с.

Пример 9.2

Приняв исходные данные примера 9.1, определить расход через водослив с тонкой стенкой при условии, что глубина воды в нижнем бьефе м и (см. рис. 9.10).

Водослив с тонкой стенкой подтоплен, так как (3,7 > 3,0).

Высота подтопления м.

Перепад на водосливе м.

Коэффициент подтопления по формуле (9.10) при

Расход затопленного водослива по формуле (9.9)

Значение (см. пример 9.1).

Расход через водослив будет

м³/с.

Пример 9.3

Водослив с широким порогом установлен на подводящем канале отстойника шириной м, высота водослива в верхнем бьефе м, а глубина воды в нижнем бьефе м. Определить расход воды при напоре на водосливе м. Форма входных граней водослива прямоугольная. Форма вертикальных ребер устоев скругленная. Ширина водослива м. При определении расхода через водослив необходимо учесть боковое сжатие и подтопление водослива (см. рис. 9.13).