2.1.1. Водосливы с тонкой стенкой

Водосливы с тонкой стенкой характеризуются тем, что толщина ее  незначительна по сравнению с напором Н. Если стенка, через которую переливается жидкость, имеет заостренную кромку, то толщина  практически равна нулю. При /H< 0,67 толщина стенки не влияет на характер истечения. Тонкая стенка может быть расположена вертикально или наклонно. Чаще ее располагают вертикально и перпендикулярно к направлению потока. В зависимости от формы выреза в стенке различают водосливы полигональные и криволинейные. Полигональные водосливы делятся на трапецеидальные (суживающиеся к низу и кверху), прямоугольные, треугольные и комбинированные (составные), содержащие геометрические элементы перечисленных водосливов. Криволинейные водосливы могут быть параболические, радиальные и др.

34

Для неподтопленного водослива = 1,0.

2.1.2. Водосливы практического профиля

Водосливы практического профиля имеют разнообразные формы очертания стенок: полигональные (прямоугольные, трапецеидальные) и криволинейные (безвакуумные, вакуумные).Напорная верховая грань расположена вертикально. Водосливная (низовая) грань очерчена по форме нижней поверхности струи, переливающейся через неподтопленный водослив с тонкой стенкой. На всем протяжении оголовка и сливной грани водослива поток (струя) плавно ее обтекает. При этом давление под струей не должно быть меньше атмосферного, поэтому водослив называют безвакуумным.. Очертание сливной грани зависит от расхода.

Рис.2.4. Схема водослива практического профиля

Расход через водослив выражается формулой, аналогичной формуле (2.4), но с рядом дополнений:

(2.6)

где - коэффициент бокового сжатия потока;

коэффициент подтопления;

- коэффициент полноты напора;

- полный напор, равный

- скорость подхода к водосливу.

Коэффициент расхода этого водослива равен 0,49, что существенно больше, чем для водослива с тонкой стенкой.

37

2.1.3. Водосливы с широким порогом

Над водосливом с широким порогом наблюдается движение потока, близкое к плавно изменяющемуся. Порог обычно имеет горизонтальную поверхность прямоугольного или трапецеидального очертания в направлении, перпендикулярном по отношению к направлению потока. Чтобы водослив мог быть отнесен к типу водосливов с широким порогом, ширина порога (в направлении движения воды на водосливе)должна быть не менее 2Н. При меньшей ширине порога плавно изменяющееся движение становится невозможным, и водослив должен быть отнесен к типу прямоугольных водосливов практического профиля.

Высший предел ширины водослива с широким порогом составляет 10H. При соблюдении этого условия над водосливом происходит плавно изменяющееся движение. Такой водослив получил название нормального водослива с широким порогом. Расход воды через нормальный неподтопленный водослив с широким порогом практически не зависит от ширины порога , но зависит от условий входа потока на водослив (высоты порога, очертания входной кромки, бокового сжатия). При начинают сказываться силы трения по ширине порога. Плавно изменяющееся движение над водосливом сменяется волновым режимом с одной или несколькими волнами в пределах водослива. С дальнейшим увеличением на пороге устанавливается плавная кривая спада. Пропускная способность такого водослива уменьшается, и водослив с широким порогом превращается в короткий канал.

Рис.2.5. Схема неподтопленного водослива с широким порогом

38

(2.7)

Верхнее теоретическое значение коэффициента расхода для водослива с широким порогом m=0.385. Фактические значения меньше 0,385.

Коэффициент m легко определить опытным путем, измеряя расход воды и напор для данного водослива, входящие в формулу (2.7). Экспериментально доказано, что фактические глубины над водосливом с широким порогом несколько меньше .

Коэффициент расхода изменяется в пределах 0,32 ... 0,38. Боковое сжатие на водосливе с широким порогом учитывают, как и на водосливе практического профиля, введением в формулу для расхода Q коэффициента .

Водослив с широким порогом работает как неподтопленный ( =1), если или

При течении жидкости над подтопленным водосливом образуются два перепада: первый - на входе жидкости на водослив (что было рассмотрено и ранее), второй — в нижнем бьефе. При этом второй перепад характеризуется повышением уровня в нижнем бьефе по сравнению с уровнем над порогом водослива (рис.2.6). Это объясняется тем, что часть кинетической энергии переходит в потенциальную, поскольку средняя скорость потока в нижнем бьефе меньше средней скорости потока над водосливом.. Перепад называют перепадом восстановления.

Рис.2.6. Схема подтопленного водослива с широким порогом

39

В связи с этим нужно различать коэффициент скорости неподтопленного водослива и коэффициент подтопленного водослива. Расход через прямоугольный подтопленный водослив

(2.8)

где - глубина на пороге подтопленного водослива (рис.2.6)

Коэффициент скорости подтопленного водослива

(2.9)

где -коэффициент скорости и расход неподтопленного водослива.

Значения определяются в зависимости от :

. . . 0,320 0,330 0,340 0,350 0,360 0,370 0,380 0,385

. . . 0,951 0,954 0,961 0,967 0,974 0,983 0,994 1,000

При (неподтопленный водослив) .

Второй формулой для определения расхода подтопленного водослива с широким порогом является формула (2.7), если < 1 входит в правую часть в виде произведения. Коэффициент подтопления зависит от относительного подтопления:

0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 0,92 0,94

1,00 0,99 0,97 0,95 0,90 0,84 0,78 0,70

Теория водослива с широким порогом применяется при расчете отверстий безнапорных дорожных водопропускных труб и малых мостов (см. раздел 3).