6. Контрольные вопросы.

1. Понятие о глубинах: сжатой, критической, раздельной, нижнего бьефа.

2. Понятие об отогнанном и затопленном гидравлическом прыжке.

3. Принцип гашения анергии потока водобойным колодцем

4. Схема сопряжения бьефов при рассчитанных размерах водобойного

колодца

5. Схема сопряжения бьефов при недостаточной глубине водобойного

колодца

6. Схема сопряжения бьефов при недостаточной длине водобойного

колодца

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Гашение энергии бурного потока водобойной стенкой

1.Общие сведения

Водобойная стенка относится к типу конструкций, применяемых для перевода потока из бурного состояния в спокойное и гашения его энергии при сопряжении бьефов в водохозяйственном строительстве. Принцип работы водобойной стенки заключается в том, что с ее помощью на начальном участке нижнего бьефа создается глубина, необходимая для образования затопленного гидравлического прыжка.

Рассмотрим случай применения водобойной стенки за быстротоком прямоугольной формы поперечного сечения шириной b (рис.12) Пусть расход потока равен Q, тогда величина удельного расхода.

(38)

а критическая глубина

(39)

где α – коэффициент Кориолиса

g – ускорение свободного падения.

Рис.12

На быстротоке устанавливается кривая свободной поверхности типа b_п (кривая спада), в конце быстротока - сжатая глубина h_сж.

В месте перехода русла из быстротока в отводящий канал (в конце быстротока) выполняются условия

h_сж<h_k<h_нб (40)

где h_нб – глубина потока в отводящем канале.

В этом случае сопряжение бьефов происходит через гидравлический прыжок. Если гидравлический прыжок имел бы первую сопряженную глубину, равную h_сж, то второй его сопряженной глубиной была бы так называемая раздельная глубина h_р. Обе эти глубины имеют одинаковую прыжковую функцию.

Для русел прямоугольной формы сечения равенство прыжковой функции приводит к следующему соотношению между раздельной и сжатой глубина

(41)

Для того чтобы сопряжение бьефов происходило по типу затопленного гидравлического прыжка, необходимо соблюдение условия h_р<h_нб. В противном случае в начале нижнего бьефа устанавливается отогнанный гидравлический прыжок.

Высота водобойной стенки h_ст определяется из условия создания перед ней глубины, превышающей раздельную т.е.

h_сm = 1.1h_p-H (42)

где H- напор над гребнем водобойной стенки.

Напор H над гребнем водобойной стенки может быть вычислен как для водослива практического профиля с прямоугольной формой водосливного отверстия без бокового сжатия.

(43)

где m- коэффициент расхода водослива- водобойной стенки, σ_n-коэффициент подтопления.

Коэффициент расхода водобойной стенки определяется как для водослива с тонкой стенкой с учетом скорости подхода к ней по формуле Базена

(44)

где напор H и высота стенки h_сm выражаются в метрах (в качестве первого приближения можно принимать m=0,42)

Нижний бьеф может не влиять на характер истечения через водослив (свободное истечение или не подтопленный водослив), а может и влиять (несвободное истечение или подтопленный водослив).

Водослив будет подтопленным, если одновременно выполняются два условия:

h_нб>h_ст и (45)

по формуле Базена:

(46)

Если условия (8) не выполняются , то коэффициент подтопления σ_н=1.

Кроме высоты h_ст водобойной стенки, необходимо знать ее местонахождение в отводящем канале, т.е. расстояние l_cт от конца быстротока. Его определяют через длину гидравлического прыжка l_пр :

l_ст=(0.8…0.9)l_пр (47)

В свою очередь, длина гидравлического прыжка может быть вычислена по одной из эмпирических формул, например, по формуле Б.А. Бахметьева:

Ввод исходных данных Qb,hсж,hнб

Определение H и hст при m=0,42 σн=1

Уточнение σн и m

Расчет H,hст, и lст

Печать: hст,lст,H

l_пр=5(h_р-h_сж) (11)

Расчет (определение h_ст и l_cm) может быть выполнен на ЭВМ программе, блок-схема, которой представлена в таблице.

Только в том случае если высота водобойной стенки будет не меньше чем по условию (5), а расстояние до нее не менее чем по условию (10), произойдет затопление гидравлического прыжка в конце быстротока (перед водобойной стенкой).