ТЕМА 4.5. Гидравлический прыжок

• Гидравлический прыжок – это резкий скачкообразный переход от бурного состояния к спокойному, т.е. переход от глубин, меньших критической, к глубинам, большим критической. Глубины перед прыжком и после него называются взаимными или сопряженными. В зависимости от соотношения взаимных глубин прыжок бывает совершенным (рис. 4.5.1 а) или волнистым (рис. 4.5.1 б).

а б

Рис. 4.5.1. Совершенный а и волнистый б гидравлические прыжки.

 

• Совершенный гидравлический прыжок – это прыжок, в котором над основной транзитной струей образуется участок с водоворотным движением (поверхностный валец).

• В руслах прямоугольного сечения совершенный прыжок образуется, если число Фруда , или если отношение взаимных глубин . При этом вторая глубина берется на некотором расстоянии от водоворота, в сечении, где заканчивается повышение глубин.

• Импульс жидкости, проходящей за единицу времени через сечение потока,

, (4.5.1)

где – корректив импульса (коэффициент Буссинеска), учитывающий неравномерность распределения скоростей по сечению ().

• Согласно основному закону динамики изменение импульса жидкости между сечениями 1–1 и 2–2 (рис. 4.5.2) за единицу времени равняется равнодействующей силе, – в данном случае силе гидростатического давления , где y – глубина погружения центра тяжести сечения. Таким образом . Отсюда получаем основное уравнение гидравлического прыжка:

; , (4.5.2)

где – прыжковая функция:

. (4.5.3)

Рис. 4.5.2. Взаимные (сопряжённые) глубины.

 

• Прыжковые функции сопряженных глубин равны между собой.

• Приравняв производную прыжковой функции нулю, после ряда преобразований получаем условие минимума прыжковой функции:

. (4.5.4)

Это уравнение отличается от уравнения (3.2) для определения критической глубины тем, что в одном стоит корректив импульса , а в другом корректив кинетической энергии . Поскольку , можно считать, что минимум прыжковой функции соответствует минимуму удельной энергии сечения (рис. 4.5.3), т.е. критической глубине.

 

Рис. 4.5.3. Прыжковые функции сопряжённых глубин равны.

 

• График рис. 4.5.3 дает возможность объяснить причину резкого увеличения глубин в гидравлическом прыжке. В самом деле, если глубины будут повышаться постепенно, как при плавноизменяющемся движении, то в соответствии с ними постепенно будет изменяться и удельная энергия сечения. Сначала она будет уменьшаться от Θ ₁ до Θ _min, а потом будет увеличиваться от Θ _min до Θ ₁, но это противоречит закону сохранения энергии.

• Для гидравлического прыжка в руслах трапецеидального сечения относительные взаимные глубины и находят по графику Рахманова (рис. 4.5.4) при одинаковых значениях прыжковой функции и параметра . Приближенно при взаимные глубины в руслах трапецеидального сечения можно определить по эмпирическим формулам Рахманова:

, (4.5.5)

. (4.5.6)

• Для прямоугольного русла

, (4.5.7)

. (4.5.8)

• Относительные взаимные глубины прыжка и в круглых безнапорных трубах систем водоотведения находят по графику рис. 4.5.5 при одинаковых значениях относительной прыжковой функции и расходного параметра трубы .

• Гидравлический прыжок сопровождается потерями энергии, вызванными внутренним трением при вращении жидкости в поверхностном вальце. Если уклон дна незначителен, потери удельной энергии в прыжке (рис. 4.5.3)

. (4.5.9)

Для русел прямоугольной формы

. (4.5.10)

• Чем больше число Фруда в сечении до прыжка, т.е. чем меньше глубина до прыжка, тем большей будет глубина после прыжка и тем большими будут потери энергии в прыжке.

 

Пример 4.5.1. Определить потери удельной энергии в гидравлическом прыжке трапецеидального сечения, если сопряженные глубины до и после прыжка равны: h ₁ = 0,4 м, h ₂ = 0,8 м, а средние в сечениях скорости, соответствующие этим глубинам: V ₁ = 3,6 м/с и V ₂ = 1,4 м/с.

Решение. Из уравнения Бернулли потери удельной энергии между сечениями потока

0,217 м.

Рис. 4.5.4. График Рахманова для нахождения сопряжённых глубин в канале трапецеидального сечения.

 

Рис. 4.5.5. График для нахождения сопряжённых глубин в канале круглого сечения.

 

• За длину прыжка берут расстояние от начала вальца до сечения, где глубины становятся практически постоянными, хотя они и дальше еще немного увеличиваются (рис. 4.5.6). В русле прямоугольного сечения

. (4.5.11)

 

Рис. 4.5.6. Длины прыжка и послепрыжкового участка.

 

Если Fr ₁ > 10, можно пользоваться более простой формулой:

(4.5.12)

• Участок потока после прыжка, на котором переформировывается эпюра скоростей, называется послепрыжковым. Для него характерны повышенные пульсации скоростей и давлений, что создает опасность размыва. Длина послепрыжкового участка

. (4.5.13)

• В руслах прямоугольного сечения волнистый прыжок (рис. 4.5.7) возникает, если , что соответствует соотношению сопряженных глубин . Поверхностный валец не образовывается, а поток переходит из бурного состояния в спокойное благодаря образованию ряда волн с наибольшей глубиной .

• Высота первой волны волнистого прыжка

. (4.5.14)

 

Рис. 4.5.7. Высота первой волны гидравлического прыжка.

 

• Отношение сопряженных глубин волнистого прыжка:

(при ), (4.5.15)

(при ). (4.5.16)

За бóльшую сопряженную глубину волнистого прыжка принимают глубину в сечении, где волны практически затухают.

• Гидравлический прыжок в прямоугольном сечении может использоваться как водомер. Расход

, (4.5.17)

где – постоянный множитель для данного русла, – среднее арифметическое значение взаимных глубин в прыжке.

 

Пример 4.5.2. Определить в русле прямоугольного сечения (m = 0) глубину после прыжка h ₂ и его длину , если расход Q = 1,0 м³/с, ширина русла b = 1 м, а глубина в начале прыжка = 0,2 м.

Решение. Критическая глубина

0,482 м/с.

Число Фруда

14,0.

Так как , то прыжок – совершенный.

Глубина после прыжка

0,964 м.

Длина прыжка

16,4 м.

С использованием графика рис. 4.5.4 имеем

; 0,415 и 2,0.

Глубина после прыжка 0,92 м.

Решим ту же задачу с использованием табличного процессора Microsoft Excel (рис. 4.5.8) методом подбора из основного уравнения гидравлического прыжка . Для прямоугольного сечения глубина погружения центра тяжести сечения . Равенство удовлетворяется при 0,93 м.

 

Содержимое ячеек: G2 =СТЕПЕНЬ(B2*C2*C2/D2/E2/E2;1/3) H2 =СТЕПЕНЬ(G2/F2;3) I2 =0,5*F2*(КОРЕНЬ(1+8*H2)-1) D5 =A2*C2*C2/D2/E2/F2+F2/2*E2*F2 D10 =$A2*$C2*$C2/$D2/$E2/D8+D8/2*$E2*D8

Рис. 4.5.8. Решение примера 4.3.2 в MS Excel.

 

Рис. 4.5.9. Схема расчета гидравлического прыжка.

ТЕМА 4.6. Водосливы

• Водослив – это препятствие в потоке, которое стесняет его снизу и по бокам. Часть потока перед водосливом называется верхним бьефом, часть потока после водослива – нижним бьефом.

• Превышение отметки свободной поверхности в верхнем бьефе над отметкой порога водослива (рис. 4.6.1) называется геометрическим напором на водосливе H. Геометрический напор измеряется на расстоянии (3...4) H от верховой грани водослива, где снижение уровня воды перед водосливом практически несущественно.

• Напор с учетом скорости подхода V ₀ называется полным напором:

. (4.6.1)

• Разность отметок свободной поверхности жидкости в верхнем и нижнем бьефах называется геометрическим перепадом на водосливе z (рис. 4.6.1). Полным перепадом на водосливе называется сумма геометрического перепада и скоростного напора перед водосливом:

. (4.6.2)

Рис. 4.6.1. Незатопленный а и затопленный б водосливы с тонкой стенкой.

 

• В зависимости от толщины δ порога (водосливной стенки) различают водосливы с тонкой стенкой δ < 0,67 H (рис. 4.6.2 а), с широким порогом (2…3) H < δ < (8…10) H (рис. 4.6.2 б), и практического профиля, к которым принадлежат водосливы с промежуточными значениями толщины стенки криволинейного (рис. 4.6.2 г) или полигонального (рис. 4.6.2 в) очертания.

• Водослив характеризуется также шириной отверстия водослива b, шириной русла, в котором установлен водослив B, высотой водосливной стенки со стороны верхнего бьефа P _u и нижнего бьефа P _d (в случае одинаковых отметок дна до и после водослива эта высота обозначается буквой P).

а б в г

Рис. 4.6.2. Водосливы с тонкой стенкой (а), с широким порогом (б) и практического профиля (в и г).

 

• Расход через прямоугольный водослив с тонкой стенкой

, (4.6.3)

где коэффициент расхода ([ H ] = м)

. (4.6.4)

 

Рис. 4.6.3. Струи: а – свободная, б – прижатая, в – подтопленная, г – прилипшая.

 

• При протекания воды через прямой водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия могут устанавливаться четыре разных типа струи. Свободную струю имеем в случае свободного доступа воздуха под струю (рис. 4.6.3 а). При отсутствии доступа воздуха под струю, воздух, который был под ней в начале истечения, постепенно отсасывается, и под струей образуется вакуум, под действием которого высота столба жидкости под струей увеличивается, а струя прижимается к водосливной стенке, превращаясь в прижатую (рис. 4.6.3 б). Если при этом выполняется условие H/P ≥ 0,4, то все пространство под струей заполнится водой и теперь она называется подтопленной (рис. 4.6.3 в). В случае малых расходов и отсутствия доступа воздуха под струю наблюдается прилипшая струя (рис. 4.6.3 г), которая обычно неустойчива и периодически превращается в прижатую.

• Водослив называется затопленным (рис. 4.6.1 б), если глубина в нижнем бьефе h _d влияет на условия протекания воды через водослив, т.е. на величину расхода Q или напора H.

• Водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия затапливается при одновременном выполнении следующих условий:

– отметка воды в нижнем бьефе должны быть выше отметки порога водослива:

; (4.6.5)

– относительный перепад на водосливе должен быть меньше его критического значения:

. (4.6.6)

Значение относительного критического перепада выбирают по графику рис. 4.6.4 или по формуле

. (4.6.7)

 

Рис. 4.6.4. Определение относительного критического перепада, при превышении которого водослив не затапливается.

 

• Расход через затопленный прямоугольный водослив с тонкой стенкой

. (4.6.8)

Коэффициент затопления

, (4.6.9)

где h _e – превышение отметки поверхности воды в нижнем бьефе над гребнем водослива, которое называется глубиной подтопления (рис. 4.6.1 б):

h _e = h _d – P _d. (4.6.10)

• Формула дает возможность использовать прямоугольные водосливы с тонкой стенкой для измерения расхода при напоре H = 0,15…1,25 м. При меньших напорах пользуются треугольным водосливом (рис. 4.6.5) с углом θ = 90°. Расход через такой водослив

, (4.6.11)

где [ Q ] = м³/с, [ H ] = м. Если H = 0,05…0,25 м, то α = 2,5 и M = 1,4. Если H = 0,25…0,5 м, то α = 2,47 и M = 1,343.

 

Рис. 4.6.5. Треугольный водослив с углом θ = 90°.

 

Пример 4.6.1. На канале прямоугольного сечения шириной русла b = 2 м установлен водослив с тонкой стенкой высотой P = 1 м. Определить расход Q, если напор на водосливе H = 0,65 м и глубина воды в нижнем бьефе h _d = 1,2 м (рис. 4.6.1 б).

Решение. Отношение напора на водосливе к его высоте H/P = 0,65/1 = 0,65. Перепад на водосливе 0,45 м. Относительный перепад на водосливе 0,45. По графику рис. 4.6.4 критический перепад (z/P)_cr ≈ 0,75. Так как уровень воды в нижнем бьефе расположен выше порога водослива: (1,2 > 1) и относительный перепад на водосливе z/P меньше его критического значения: z/P < (z/P)_cr (0,45 < 0,75), то водослив затоплен. Коэффициент расхода

= 0,444.

Глубина подтопления h _e = h _d – P = 1,2 – 1 = 0,2 м.

Коэффициент затопления

0,966.

Расход воды 2,0 м³/с.

 

Пример 4.6.2. В канале установлен треугольный водослив с тонкой стенкой с углом при вершине θ = 90° (рис. 4.6.5). Напор на пороге водослива H = 0,5 м. Определить расход Q воды в канале.

Решение. Если H = 0,25…0,5 м, то α = 2,47 и M = 1,343.

Расход = 0,242 м³/с.

 

• Водосливы практического профиля криволинейного очертания могут быть безвакуумными и вакуумными. Безвакуумные водосливы имеют очертание (рис. 4.6.6 а), совпадающее с нижней поверхностью струи, которая переливается через водослив с тонкой стенкой (очертание Кригера-Офицерова).

Если водосливная поверхность не доходит до струи (рис. 4.6.6 б), то под струей устанавливается давление, меньшее атмосферного, а водослив называется вакуумным. Струя прижимается к водосливу. Один и тот же водослив может быть как вакуумным, так и безвакуумным. В самом деле, при увеличении напора на безвакуумном водосливе струя старается откинуться дальше от водослива и между ним и водосливной поверхностью образуется вакуум.

• Пропускная способность водосливов практического профиля

. (4.6.12)

 

Рис. 4.6.6. Водосливы практического профиля криволинейного очертания: а – безвакуумный, б – вакуумный.

 

• Коэффициент расхода безвакуумного водослива m = 0,49…0,5. Вакуумные водосливы имеют большую пропускную способность, поскольку скорость потока на водосливе увеличивается в случае уменьшения давления. Коэффициент расхода вакуумного водослива может достигать значений m = 0,54…0,57.

• Коэффициент полноты напора σ _h учитывает отличие напора H на водосливе от расчетного напора H _c, по которому построено очертание водослива Кригера-Офицерова. Если H/H _c = 0,2…1, то σ _h = 0,84…1; если H/H _c = 1…2 (это уже вакуумный профиль), то σ _h = 1…1,1; если H = H _c, то σ _h = 1.

• Коэффициент формы σ _sh зависит от близости формы оголовка к очертанию Кригера-Офицерова). Обычно σ _sh = 0,85…1.

• Коэффициент бокового сжатия

, (4.6.13)

где ζ – коэффициент формы береговых опор и промежуточных быков (рис. 4.6.7); n – количество боковых сжатий, при одном отверстии водослива n = 2, при двух отверстиях n = 4 и т.д.

 

Рис. 4.6.7. Коэффициент формы береговых опор и промежуточных быков.

 

• Коэффициент затопления σ _f находят по графику рис. 4.6.8 в зависимости от отношения h _e/ H ₀ (см. рис. 4.6.1 б). Кривая 1 принадлежит вакуумным водосливам (рис. 4.6.6 б), кривая 2 – безвакуумным водосливам (рис. 4.6.6 а), кривая 3 – водосливам с расширенным гребнем (рис. 4.6.9).

 

Рис. 4.6.8. Коэффициент затопления для водосливов: вакуумных (1), безвакуумных (2) и с широким порогом(3).

 

Рис. 4.6.9. Водослив с расширенным гребнем.

 

• Незатопленный водослив с широким порогом. В зависимости от ширины порога могут устанавливаться такие схемы протекания потока.

• При δ ≈ (2…4) H глубина потока непрерывно понижается на пороге (рис. 4.6.10 б).

• При (2…4) H < δ < (8…10) H на пороге устанавливается параллельноструйное движение с глубиной h < h _cr (рис. 4.6.10 а).

 

Рис. 4.6.10. Незатопленный водослив с широким порогом: а – параллельноструйное течение, б – течение с непрерывным понижением.

 

• При δ > (8…10) H на условия протекания потока начинают влиять силы трения, т.е. пропускная способность водослива становится зависимой от потерь энергии по длине, и водослив можно рассматривать как короткий канал. В начале порога устанавливается так называемая сжатая (т.е. наименьшая) глубина h _sq и ряд волн, которые затухают с переходом через критическую глубину, которая соответствует минимальной удельной энергии сечения Θ и обозначена на рис. 4.6.11 линией К – К. Такой переход называется волнистым гидравлическим прыжком.

 

Рис. 4.6.11. Водослив как короткий канал с волнистым гидравлическим прыжком.

 

• Пропускная способность незатопленных водосливов с широким порогом

. (4.6.14)

• Коэффициент расхода для водосливов с широким порогом , где ν _u – параметр сжатия потока при входе на водослив, который равняется отношению произведения ширины отверстия b водослива на величину напора H перед водосливом к площади живого сечения Ω _u в верхнем бьефе:

. (4.6.15)

Для неплавных оголовков прямоугольных подводящих русел , где B – ширина подводящего русла, P _u – высота водослива со стороны верхнего бьефа.

• Для нахождения глубины h на пороге водослива с широким порогом используют уравнение Бернулли для сечений, проходящих через точки A перед водосливом и C на его пороге, относительно плоскости сравнения, проведенной через верховую грань водослива (рис. 4.6.10 а):

, (4.6.16)

где – коэффициент сопротивления на входе на водослив, V – скорость на пороге водослива. С учетом формул , , , а также считая, что α ≈ 1, получаем:

, (4.6.17)

где коэффициент скорости . Отсюда

. (4.6.18)

• Затопленный водослив с широким порогом (рис. 4.6.12). Затопление происходит, если глубина подтопления (превышение отметки поверхности воды в нижнем бьефе над гребнем водослива) h _e > NH, где критерий затопления N ≈ 0,8.

• Параметр сжатия потока при выходе из водослива

, (4.6.19)

где – площадь живого сечения в нижнем бьефе.

• Характер течения на затопленном водосливе зависит от условий входа на него. Если вход плавный и степень подтопления значительная, на водосливе устанавливается приблизительно горизонтальная поверхность с перепадом восстановления z _r на выходе в нижний бьеф (рис. 4.6.12 а). При неплавном входе на пороге образуется впадина с последующим волнистым повышением глубины (рис. 4.6.12 б). Пропускная способность затопленного водослива

, (4.6.20)

где коэффициент затопления σ _f = 0,44…1 в зависимости от степени затопления h _e/ H и условий на входе (плавный или неплавный вход).

• Энергия сечения на выходе из водослива вследствие потерь напора на сопротивлении водослива ниже энергии на входе, что при спокойном состоянии потока (рис. 4.3.1) означает уменьшение глубины в нижнем бьефе по сравнению с глубиной в верхнем бьефе на величину z.

 

 

Рис. 4.6.12. Затопленный водослив с широким порогом: а – при плавном входе, б – при неплавном входе.

 

• В случае большой степени затопления (h _e/ H ≥ 0,95) для определения пропускной способности лучше пользоваться формулой:

. (4.6.21)

Значения поправочного коэффициента a = 0,8…2,4 в зависимости от параметра сжатия потока при выходе из водослива ν _b и условий на входе и выходе (плавные они или нет) представлены в табл. 4.6.1.

 

Таблица 4.6.1. Поправочный коэффициент в формуле расхода через водослив.

	a при входе и выходе
неплавных	плавных
0,1 0,3 0,5 0,7	0,8 1,35 1,9	0,9 1,1 1,6 2,4

 

• Расчет отверстий водопропускных сооружений. Отверстия шлюзов-регуляторов, малых мостов и т.п. не имеют порога, и напор перед ними образуется за счет бокового сжатия русла (рис. 4.6.13).

 

Рис. 4.6.13. Водослив с боковым сжатием.

 

• Водомерные лотки. На очистных сооружениях (рис. 4.6.14) систем водоотвода (канализации) измерение расхода сточных вод необходимо для регулирования и контроля над работой очистных сооружений. Применение для этих целей мерных водосливов с тонкой стенкой невозможно, поскольку сточные воды будут создавать заиливание перед водосливом. Поэтому для измерения расхода сточных вод обычно применяют водомерные лотки, работающие по схеме водослива без порога (P = 0), что исключает заиливание (рис. 4.6.15). Для уменьшения потерь энергии лотки выполняют с постепенным плавным сужением к горловине и расширением после нее.

Рис. 4.6.14. Очистные сооружения.

 

• На рис. 4.6.15 а показан лоток, работающий в условиях затопленного истечения (лоток Вентури). Расход через такой лоток (из уравнения Бернулли):

, (4.6.22)

где φ – коэффициент скорости (при плавном входе φ = 0,96…0,97, при неплавном входе φ = 0,90…0,95), – высота воды в сжатом сечении лотка, b – ширина суженной части лотка, H – глубина в канале перед входом в лоток, B – ширина канала.

 

Рис. 4.6.15. Водомерный лоток: а – с затопленным истечением, б – с незатопленным истечением.

 

• Если суженная вставка выполнена со значительным (i > i _cr) уклоном (рис. 4.6.15 б), то в горловине лотка поток становится бурным, возникает гидравлический прыжок через критическую глубину и вода через лоток протекает по схеме незатопленного (свободного) водослива. В этом случае расход

(4.6.23)

где; A – коэффициент, зависящий от отношения :

. (4.6.24)

Условие установления критической глубины в лотке:

, (4.6.25)

где – глубина воды при равномерном движении в канале, в котором установлен лоток.

 

Пример 4.6.3. В канале прямоугольного сечения шириной 1 м и с уклоном дна установлен для измерения проходящего расхода воды лоток с критической глубиной (рис. 4.6.15 б). Стенки и дно канала облицованы кирпичом (; высота боковых стенок канала 1,3 м. Максимальный расход воды в канале 1 м³/с. Требуется определить ширину горловины лотка b для обеспечения условий свободного истечения.

Решение. Определяем глубину воды при равномерном движении в канале в условиях максимального расхода . Задаёмся различными значениями глубин до тех пор, пока не устанавливаем, что максимальному расходу 1 м³/с соответствует глубина 1 м. Действительно, в этом случае:

площадь живого сечения 1 м²;

смоченный периметр 3 м;

гидравлический радиус 0,333 м;

показатель степени в формуле скоростной характеристики

0,683;

скоростная характеристика 27,8 м/с;

расходная характеристика 27,8 м³/с;

расход 1 м³/с.

Исходя из условия (4.6.26), минимальное значение критической глубины

0,85 м.

Из (4.6.25) необходимая для создания такой критической глубины ширина горловины лотка

0,44 м.

Принимаем 0,4 м; = 0,4.

Коэффициент

1,77.

Принимаем значение коэффициента .

Из (4.6.24) глубина в верхнем бьефе 1,28 м.

Эта глубина в верхнем бьефе является допустимой для подходного участка канала, так как (1,28 < 1,3 м).

Рис. 4.6.16. Схема расчета водосливов.

Рис. 4.6.17. Схема расчета водосливов (продолжение).

ТЕМА 4.7. Сопряжение бьефов

• При протекании воды через водослив скорость потока возрастает и достигает максимального значения непосредственно за водосливом в так называемом сжатом сечении C–C, где устанавливается наименьшая глубина h _sq (рис. 4.7.1). После сжатого сечения уклон дна уменьшается, и скорость постепенно уменьшается, а глубина увеличивается.

 

Рис. 4.7.1. Образование сжатого сечения за водосливом.

 

• Уравнение Бернулли для сечений O–O и C–C относительно плоскости сравнения , проведенной на отметке дна нижнего бьефа:

(4.7.1)

где P _d – высота водослива относительно дна нижнего бьефа; V ₀ – скорость подхода потока к водосливу; h _sq, V _sq – соответственно глубина и скорость в сжатом сечении; ζ – коэффициент сопротивления на водосливе. Левая часть уравнения – это удельная энергия потока в верхнем бьефе относительно дна нижнего бьефа:

. (4.7.2)

С учетом того, что (где – площадь сжатого сечения) и обозначив (φ – коэффициент скорости), получим уравнение, из которого методом подбора можно найти глубину h _sq:

. (4.7.3)

• Значение коэффициента скорости φ для криволинейных водосливов практического профиля берем из графика рис. 4.7.2.

• Для компьютерных расчётов показанную на графике рис. 4.7.2 зависимость можно представить в виде:

. (4.7.4)

 

Рис. 4.7.2. Коэффициент скорости криволинейных водосливов практического профиля.

 

• Для русел прямоугольного сечения ω _sq = bh _sq, и глубина в сжатом сечении

. (4.7.5)

Из построенного по этой формуле графика (рис. 4.7.3) можно определить относительную глубину в сжатом сечении ξ _sq = h _sq/ h _cr и сопряжённую с ней относительную глубину в зависимости от ξ_{Θ 0} = Θ ₀/ h _cr и коэффициента скорости φ.

 

• Формы сопряжения бьефов. Уклон дна нижнего бьефа обычно меньше уклона низовой грани водослива. Поэтому средняя скорость потока после сжатого сечения уменьшается, а глубина увеличивается.

• Если уклон дна в нижнем бьефе больше критического (i > i _cr), то состояние потока в нем бурное (рис. 4.7.4), и после водослива устанавливается без гидравлического прыжка через критическую глубину кривая подпора по типу нижней кривой на рис. 4.4.1 б.

• Если уклон дна нижнего бьефа меньше критического (i < i _cr) и состояние потока в отводном русле спокойное, глубина увеличивается согласно форме кривой подпора (нижняя кривая на рис. 4.4.1 а), а дальше наблюдается гидравлический прыжок к глубинам, больше критической (рис. 4.7.5).

Рис. 4.7.3. График для нахождения глубины в сжатом сечении и сопряжённой с ней глубины.

 

• Бытовая глубина h _n в отводном русле – это глубина, которая установилась бы в данном сечении в случае отсутствия водослива. В частном случае при равномерном движении в отводном русле бытовая глубина равняется нормальной глубине h ₀.

 

Рис. 4.7.4. В нижнем бьефе кривая подпора без гидравлического прыжка.