Файл: Рабинович, Е. З. Гидравлика учебник.pdf

ского аппаратостроения, иногда приходится встречаться с ламинар­ ным безнапорным движением жидкости. В этом случае оказывается возможным определить теоретическим путем потери напора (подобно тому как при ламинарном движении в напорных трубах) и получить расчетные зависимости для расхода. Не приводя здесь соответству­ ющих решений, математически обычно весьма сложных и громозд­ ких, ограничимся лишь сводкой некоторых расчетных формул для

где i — уклон дна канала; g — ускорение силы тяжести; v — кине­ матическая вязкость жидкости.

Если глубина потока весьма мала по сравнению с шириной, то

Для канала трапецеидальной формы гидравлически наивыгодней­

§ 84. ВОДОСЛИВЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Водосливами называются искусственные преграды в потоке со свободной поверхностью, поверх которых происходит перелив жид­ кости.

Водосливы широко применяются в гидротехническом и дорожном строительстве (водосливные плотины, водосбросы, пороги водобой­ ных колодцев и т. п.); они также используются в качестве измери­ телей расхода жидкости — главным образом в гидравлических лабо­ раториях, а также при гидрогеологических и гидрометрических изысканиях в полевой обстановке; известное применение имеют водо­ сливы и в нефтяной промышленности.

Водосливы классифицируются по ряду признаков.

Так, в зависимости от формы сливного порога, называемого гребнем водослива, различают следующие основные типы водосливов:

1) водослив с тонкой стенкой или острой кромкой (рис. 198); 2) водослив с широким порогом (рис. 199); на таком пороге

устанавливается почти параллельноструйное течение жидкости;

2 6 9

По типу сопряжения струи с нижним бьефом водосливы разделя­ ются на незатопленные (см. рис. 198), когда уровень потока в ниж­ нем бьефе непосредственно за водосливом не превышает гребня по­ рога водослива, и затопленные (рис. 201), когда этот уровень выше, чем гребень порога и его положение в нижнем бьефе существенным образом влияет на величину расхода, пропускаемого через водослив.

В зависимости от расположения порога водослива в плане водо­ слив может быть прямым (рис. 202, а), косым (рис. 202, б), ломаным (рис. 202, в) или криволинейным (рис. 202, г).

Если длина гребня водослива меньше ширины преграждаемого потока, то в зависимости от формы выреза в преграждающей стенке водослив может быть прямоугольным (рис. 203, а), треугольным (рис. 203, б), трапецеидальным (рис. 203, в), параболическим (рис. 203, г).

вого сжатия и со сжатием. Боковое сжатие отсутствует в том случае, если длина гребня водослива совпадает с шириной потока, что имеет место, например, при лабораторных водосливах, устанавли­ ваемых в лотках прямоугольного сечения в качестве измерителей расхода и иногда в искусственных каналах. В прочих случаях всегда имеет место боковое сжатие, обусловленное стенками, ограничива­ ющими гребень водослива (рис. 204), или наличием промежуточных бычков.

§ 85. ВОДОСЛИВЫ С ТОНКОЙ СТЕНКОЙ

Основной задачей при гидравлическом расчете водослива яв­ ляется определение расхода жидкости, протекающей через него. Рас­

Для определения расхода жидкости через такой водослив служит общая формула, применимая, как мы это увидим в дальнейшем, для водосливов всех типов,

271

где Ъ— ширина порога водослива; Н — напор над порогом водо­ слива; и0 — скорость подхода жидкости к гребню водослива; а — коэффициент неравномерности распределения скоростей; т — коэф­ фициент расхода водослива.

В тех случаях, когда ширина и глубина подводящего канала

Приведенные формулы могут быть получены, если рассматривать перетекание жидкости через водослив как истечение из большого прямоугольного отверстия в тонкой стенке шириной b и высотой Н с отсутствующим верхним ребром. Подобная задача уже была решена нами (см. § 58). Там же для определения расхода была выведена формула (5.19).

Если при выводе этой формулы принять Н 1 = 0 и заменить II2 через Н, что соответствует случаю водослива, то пределы интегри­ рования при учете скорости подхода будут равны: верхний предел

Пренебрегая здесь вторым слагаемым в квадратных скобках

ввиду его относительной малости, обозначая через т и вводя

коэффициент а , учитывающий неравномерность распределения ско­ ростей, приходим к формуле (7.26).

Если же скорость подхода не учитывать (v9 = 0), получим фор­ мулу (7.27).

Величина коэффициента расхода т в формуле (7.26) определяется опытным путем и для рассматриваемого водослива зависит, как показывает опыт, от напора Н и высоты водосливного порога Р. Для других водосливов коэффициент расхода зависит также от формы порога, бокового сжатия и характера сопряжения струи с ниж­ ним бьефом. Поэтому, по Н. Н. Павловскому, общее выражение

где тг — так называемый приведенный коэффициент расхода (г. е. коэффициент расхода в случае OfOHonoe = 1); Ст/ — коэффициент формы, зависящий от формы гребня водослива; о н — коэффициент напора, зависящий от величины напора над порогом водослива; ап — коэффициент затопления, зависящий от характера сопряжения струи с нижним бьефом; ие — коэффициент, зависящий от сжатия струи.

272