автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Пропускная способность треугольного водослива практического профиля

\ • л

БРАКЕНИ АБДЕРРЕЗАК

С—

На правах рукописи

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ТРЕУГОЛЬНОГО ВОДОСЛИВА ПРАКТИЧЕСКОГО ПРОШЯ

Специальность 05.23,16. - Гидравлика и инженерная гидрология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена на кафедре гидравлики Московского государственного университета природообустройства

Научный руководитель - доктор- технических наук, профессор Д.В. ШГЕРЕНЛИХТ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный

сотрудник Е.Г.ФИЛИППОВ; кандидат технических наук, доцент Д.В. КОЗЛОВ

Ведущая организация - АОПО "Совинтервод"

Зашита состоится »¿//¿М' 1996 г. в //"часов на заседании диссертационного совета К 120.16.01 в Московском государственной университете природообустройства по адресу: 127550, Москва. ул.Прянишникова, 19. МГЛ1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУП.

Ваш отзыв, заверенный печатью просим направить в двух экземплярах по указанному вдресу.

Автореферат разослан

"д^Ш/Ц/ 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н., ст.н.с.

И. М. ЕВДОКИМОВА

ВВЕДЕН И Е "

Ак туалы 1 о.ст¡._р£боты. В связи с широкой программой освоения новых земель и комплексного использования водных ресурсов в Алжирской Народной Демократической Республике намечена последовательная реализация планов развития отечественной гидроэнергетики, гидротехники, мелиорации, водоснабжения и других отраслей водного хозяйства. Следствие этого - задача учета и распределения воды.

Поэтому одним из важнейших требований к гидроузлам является -обеспечение измерения с высокой точностью количества протекающей через гидроузел воды и, как следствие, наличие в составе гидроуза водомерного устройства, которыми в большинстве случаев являются водосливы, их стоимость составляет значительную часть обшей стоимости гидроузла.

Из этого вытекает большое значение правильности гидравлического расчета водосливов, а, следовательно, корректное назначение коэффициентов расхода, а, если предусмотрена работа водосливов в подтопленном режиме, то и коэффициентов подтопления и скорости. Впрочем, знание последнего нужно и при неподтопленном режиме истечения правильным выбором параметров водослива.

Значения указанных коэффициентов определяют экспериментально в лабораторных условиях или по нормативам, а в ряде случаев подвергают контрольной проверке в натуре путем сопоставления с измерениями расхода методом "скорость площадь".

Наряду с насчитывавшими многие десятилетия гидравлическими исследованиями традиционных водосливов ( водослив с тонкой стенкой, водослив с широким порогом, водосливы практического профиля различных очертаний) значительный практический и научный интерес представляют и исследования пропускной способности некоторых нетрадиционных водосливов, которые в последнее время начали внедряться в практику, как водомерные сооружения, обеспечивающие достаточно высокую точность измерения расходов воды и надежно работаицие как при свободном, так и при подтопленном истечении.

К этим водосливам, в частности, относится и водослив с тре-

угольным профилем в продольном сечении и прямоугольным в поперечном. Этот водослив при коэффициенте заложения верхового откоса 1:2 и низового 1:5 носит имя "водослива Крампа", по имени ученого проведшего обширные исследования этого водослива в начале 50-х годов текущего столетия.*

По нормативам водослив Крампа применим для измерения расходов воды в диапазоне от 10 я/с до 50 м3/с /по Е.Г.Филиппову до 100 м3/с/ на водотоках с умеренным уклоном водной поверхности ( не более 2...3%).

Этот водослив обладает следующими преимуществами по сравнению с измерительными лотками или водосливами других типов:

- создает благоприятные условия для транзита наносов;

- обеспечивает незатопленный режим истечения при высоком значении коэффициента подтопления, благодаря чему особенно выгоден для строительства на реках с малыми уклонами или на ирригационной сети;

- обладает устойчивыми гидравлическими характеристиками практически не изменяющимися с изменением уровня**;

- обладает достаточной прочностью и устойчивостью, экономичен.

Гидравлические параметры треугольного водослива практического профиля были изучены в немногочисленных экспериментальных работах. При этом практически все исследования относятся в двумерному течению через водослив. К тому же результаты исследований не создали экспериментальной основы для расчета сопряжения в нижнем бьефе, что затрудняет гидравлические расчеты при проектировании, а, следовательно, и принятие верных решений по назначению геометрических размеров рассматриваемого водослива.

На практике при решении реальных задач водоучет может потребоваться расчет пропускной способности и в условиях трехмерного течения через водослив.

Такая задача вообще не освещена в литературе.

* Отдельные эксперименты с течением воды через подобный водослив были выполнены ранее Базеном, Хортоном, Рафтером.

** Речь идет о двумерном течении воды через водослив Крампа.

Таким образом, полученные ранее данные, с одной стороны, нуждаются в дополнительной проверке и уточнении, так как степень изученности даже двумерного истечения воды через рассматриваемый водослив является недостаточной, особенно по сравнению с традиционными водосливами. С другой стороны, необходимо расширение области исследования водослива на трехмерный поток.

Кроме этого практически отсутствуют рекомендации по расчету треугольных водосливов практического профиля с заложением низового откоса, отличным от 1:5, хотя уменьшение пологости низового откоса ведет к сокращению объемов работ.

Наконец, надо как для двумерной, так и для трехмерной задачи дать экспериментальное обоснование расчетам сопряжения в нижнем бьефе треугольного водослива практического профиля.

Из изложенного выше вытекает необходимость проведения исследования истечения через рассматриваемый водослив как при неподтоп-ленном, так и при подтопленном режиме истечения.

При этом представлялось целесообразным охватить экспериментами тот диапазон определяющих параметров, в котором имеющиеся опытные данные противоречивы или отсутствуют.

Это касается и изучения пропускной способности треугольного водослива при различном заложении низового откоса.

Цель и задачи_исследований. Цель работы заключалась в разработке на основании результатов лабораторных исследований предложений по гидравлическим расчетам треугольных водосливов практического профиля, обладающих достаточно высокой пропускной способностью при свободном истечении воды через водослив и в широком диапазоне относительных подтоплений.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований:

- провести экспериментальное изучение работы рассматриваемых конструкций водослива, особенно в области не охваченной предыдущими исследованиями; то есть в области трехмерного течения, а также уклонов низовой грани, отличных от 1:5;

- определить факторы, влияющие на характер истечения и пропускную способность изучаемых водосливов;

- выявить степень влияния определяющих параметров на характер изменения коэффициентов расхода и коэффициентов скорости во- , дослива при свободном режиме истечения; найти графические и эм-

лирические зависимости указанных коэффициентов от определяющих течение параметров (геометрических характеристик водослива и русла и гидравлических характеристик потока воды);

- найти значееия критерия подтопления и зависимости для коэффициента подтопления, а также коэффициента скорости при подтопленном истечении для исследуемых типов водослива от определяющих параметров;

- на основании проведенных исследований дать предложения по гидравлическому расчету треугольных водосливов практического профиля.

Научная новизна работы. В диссертации экспериментально изучено свободное и подтопленное истечение воды через треугольный водослив практического профиля.

На основе выполненных исследований получены следующие результаты:

- найдена зависимость коэффициента расхода водослива от определяющих факторов для рассмотренных вариантов конструкции треугольного водослива практического профиля при свободном истечении воды через водослив;

- даны расчетные формулы для определения коэффициентов расхода при свободном режиме истечения через водослив для рассмотренных конструктивных вариантов последнего;

- установлены зависимости для определения коэффициента скорости при свободном режиме истечения воды через рассмотренные водосливы; тем самым дана возможность оценки режима сопряжения потоков в нижнем бьефе при проектировании и эксплуатации водосливов;

- установлены критерии затопления треугольного водослива и даны расчетные зависимости по определению коэффициентов подтопления для рассмотренных конструкций его порога, тем самым оценена степень влияния на пропускную способность конструктивных особенностей рассматриваемого водослива при подтопленном истечении воды через водослив;

- найдены графические зависимости для определения скоростного коэффициента в каждой рассмотренной конструкции водослива при подтопленном режиме истечения воды через водослив; тем самым получена возможность расчета пропускной способности треугольного водослива практического профиля при подтопленном истечении без введе-

ния коэффициента подтопления и использования коэффициента расхода.

Практическ£я_ценностъ. Подученные в работе результаты позволяют в более широком, нежели раньше, диапазоне определявших течение параметров, рассчитать пропускную способность треугольных водосливов практического профиля в условиях свободного и подтопленного истечения воды; получены зависимости уточняющие расчет коэффициентов расхода и подтопления.

Впервые подучены расчетные зависимости для рассматриваемого типа водослива для определения коэффициентов скорости при свободном и подтопленном режимах истечения воды через водослив.

Это дает возможность при проектировании и эксплуатации определять режим сопряжения потоков воды в нижнем бьефе расчетным путем.

Апробация даботы. Отдельные положения диссертации и вся работа в целом докладывалась на научных конференциях и на кафедре гидравлики МГУП в 1993-1996 гг.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав, заключения, списка литературы (89 наименований), содержит 120 страниц машинописного текста, в том числе ^7 рисунков., 24 таблицы, 9 фотографий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основании гидрометрической практики констатируется, что, несмотря на многообразие влияющих факторов, гидрометрические водосливы практического профиля ( в том числе треугольные водосливы) достаточно надежные средства измерения расхода воды. Их средняя квадратическая погрешность составляет 2. .Л%, что в 1,5...2 раза меньше, чем при определении расхода методом "скорость-площадь".

Использование треугольных водосливов практического профиля типа Крампа нормировано и производится на основе соответствующих документов, В нормативы входят как указания по гидравлическому расчету, так и правила установки водосливов-водомеров.

По физической картине течения треугольные водосливы практического профиля занимают промежуточное положение между водосливом с тонкой стенкой и полигональными водосливами.

Именно поэтому в первой главе вкратце рассмотрено течение и

на последних двух типах водосливов.

Вопросом о водосливах практических профилей с экспериментой и расчетных сторон длительное время занимались многие авторы и целые научно-технические организации: Еуссинеск , Дюбуа, Базен, Фтили и Стирнс, Хортон, Рафтер, Вилиямс, Бахметев, Павловский, Избаш, Энгель, Беестен, Большаков, Петраш, Смыслов и др., а также лаборатория гидравлики Корнельского университета США и Департамент глубоководных путей США.

В последние десятилетия непосредственно исследованием треугольного водослива практического профиля занимались Крамп, Уайт, Берджесс, Херши, Уайтед, Рамакришнан и Филиппов.

Пропускная способность водосливов без учета бокового сжатия изучалась исследователями применительно к формулам

4? =6лтё \J~2p Н*/г , (I)

или

Л3/г . (2)

В более ранних исследованиях использовалась формула *■ С8Я*/г . (3)

а в последние годы в соответствованиями с требованиями международных стандартов рекомендуется использовать зависимость

• (4)

В формулах (1)...(4) 771 , С^ и С - коэффициенты расхода без учета скорости подхода, связаны соотношениями: С^-т/Т^

С - 74)/¿¿Хщ 'Ф:1т/сЩа- коэффициент расхода с учетом скорости подхода; <2Г и у - коэффициенты подтопления, ; Су - ко-

эффициент скорости, С^-гпд/7п ; 6 - ширина водослива по гребню;^ - напор на водосливе; Лд - напор на водосливе с учетом скорости подхода.

Систематизация данных по пропускной способности водосливов, в том числе выполненная Н.Н.Павловским и уточненная в дальнейших исследованиях, справочных пособиях и нормативных материалах не коснулась треугольных водосливов практического профиля.

По этим водосливам до 1952 г. были лишь сведения по результатам исследования выполненных в конце прошлого - начала нынешнего века.

Самый значительный объем исследований выполнен Базеном, который провел исследования с различными треугольными профилями водосливов.

По этим экспериментальным данным коэффициент расхода кажого конкретного профиля водослива ( с вертикальной верховой или низовой гранями, а также при изменении углов заложения откосов граней) мало зависит или вообще не зависит от величины относительного напора.

В то же время на основании опытов Базена подучена графическая связь между коэффицинтом расхода П и углом заложения низового откоса (рис.£ ); величина т уменьшается с уменьшением угла. Эта связь найдена Бахметевым для частного случая водослива с вертикальной верховой гранью.

Эта же зависимость прослеживается и в других сериях опытов Базена (при фиксированном значении угла заложения верхового откоса) .

Результаты опытов при постоянных значениях углов низового откоса и переменных значениях верхового привели к установлению графической зависимости коэффициента расхода от крутизны последнего (рис. 3 ).

Все изменения коэффициентов расхода можно связать с изменением картины обтекания профиля водослива потоком воды и, в частности, изменением величины, местоположения и интенсивности вальцов перед- и за гребнем водослива.

Изучение поведения вальцов приведено в работе Филиппова 1990 год, в которой показано, что при значении котангенса угла заложения верхового откоса Sg около 2 валец перед гребнем практически исчезает. Согласно графику рис.2 при этом значении наблюдалось максимальное значение коэффициента расхода.

Кстати, то же установлено и при обтекании водослива с тонкой стенкой, наклоненной по потоку.

Характер изменения коэффициентов расхода при изменении углов наклона верховой и низовой граней водбслива подтверждается и данными по трапецеидальным 'водосливам практического профиля, что не-

сомненно связано со значительной общностью схемы обтекания всех рассмотренных типов водосливов.

Как исследования Базена, так и некоторые более поздние (IS00-I907rr.) позволили установить, что треугольные водосливы практического профиля имеют довольно устойчивые гидравлические характеристики в определенном диапазоне параметров и поэтому могут быть применены в качестве гидрометрических.

Именно требования гидрометрии привели к тщательным исследованиям Крампом частного случая треугольного водослива с коитан-генсом угла заложения верхового откоса Sf = 2,0 и котангенсом угла заложения низового откоса 5,0.

В дальнейшем этот водослив получил название "водослив Крам-па" и, в качестве мерного, получил широкое распространение.

Последнее обстоятельство послужило причиной выполнения дальнейших исследований для уточнения пропускной способности водослива Крампа.

Результаты этих исследований вошли в нормативные международные документы, а также в нормативы, изданные в СССР, проекты нормативных документов, в СССР и Российской Федерации.

Начиная с Крампа исследовался именно описанный вше профиль водослива.

При этом почти каждый исследователь констатировал постоянную, но свою величину коэффициента расхода ( к формуле (1.4)). Например, Крамп рекомендовал 0,610, а Херш, Уайт и Уайтед -0,633.

По величине относительного подтопления были даны довольно странные рекомендации: что эта величина равна точно 0,63, но для целей практики с точностью I% рекомендуется величина 0,75.

В последней работе для определения коэффициента подтопления вместо графиков (или наряду с ними) предлагаются расчетные зависимости. |

С практической точки зрения все проведенные исследования обладают двумя недостатками:

- рассматривалось только двумерное течение через водослив, в то время как для целей практики необходимо знание и условий трехмерного течения; !

- не было дано никаких обоснований для расчета сопряжения в нижнем бьефе водослива, что, естественно создавало трудности при

проектировании, а также эксплуатации рассматриваемых водосливов.

Можно указать и третий недостаток, носящий методологический характер; средства измерения действующих напоров часто были не адекватны таковым в натуре.

Определенный разнобой и разночтения вносило в этом смысле то, что в одних измерениях, по существу, местом измерения учитывался перепад восстановления, а в других - нет.

Кроме того на реальных объектах могут найти применение и треугольные водосливы практического профиля с контангенсом угла заложения низовой грани, отличным от 5 (например, для уменьшения объема работ, установления иной пропускной способности).

Изложенное определило цель настоящих исследований - дать экспериментальное обоснование для гидравлического расчета треугольных водосливов практического профиля в условиях трехмерного течения ( в том числе при отличном от пяти) при свободном и подтопленном режимах истечения.

Во_вто£ой главе* дана краткая характеристика состава измерений. Приведено описание экспериментальной установки, методики проведения опытов и обработки опытных данных. Произведена оценка точности измерений и возможность переноса экспериментальных данных в натуру.

Всего было проведено три серии экспериментов с тремя моделями ¿треугольных водосливов практического профиля, которые отличались величиной котангенса угла заложения низового откоса .5^'. 5,3 и 2. Заложение верхового откоса было постоянным — ° 2.

В каждой серии опыты производились при свободном и подтопленном истечении через водослив. При одном расходе кроме свободного истечения измерения производились при подтопленном истечении при значениях относительного подтопления.

Расходы изменялись в диапазоне от 0,010 до 0,024 м3/с с шагом 0,002 м3/с.

Ширина лотка и гребня водослива - 0,245 м- Обший диапазон 'чисел Рейнольдса: 35158...92266, чисел Фруда в верхнем бьефе водослива: 0,278...0,435 ( при свободном истечении), 0,157.. .0 , 262 ( при подтопленном истечении).

Модели с высотой гребня 0,15 м), выполненные из оргстекла, устанавливались в малом гидравлическом лотке лаборатории кафедры

гидравлики МГУП.

Лоток со стенками из стекла и дном из оргстекла имел общую длину 7 м. Измерение расходов воды осуществлялось при помощи мерного треугольного водослива с тонкой стенкой, регулирование глубин в лотке производилось жалюзным затвором в коние лотка. Измерение глубины потока воды на модели осуществлялось при помощи шпиценмасштаба с точностью отсчета 0,1 мм.

Все измерения производились после стабилизации уровней в верхнем бьефе исследуемого водослива.

Обработка опытных данных производилась, в основном, применительно к формулам (I) и (2) при величине коэффициента Кориолиса

CÍ а 1,1.

Коэффициент подтопления определялся из зависимости

где £ - удельная энергия в мерном сечении верхнего бьефа относительно дна нижнего бьефа, Ео = Но + Р; - глубина в сжатом сечении у подножья низовой грани водослива. Во всех опытах при режиме свободного истечения местоположения сжатого сечения - на линии пересечения низового откоса водослива с дном гидравлического лотка.

Относительная погрешность косвенных измерений в соответствии с методами теории вероятностей определялась по зависимости

f-vfTW^

Здесь ДУ - ошибка функции от переменных СС- ; Л 3C¿ - ошибка переменного X¿ ,

Относительная ошибка в определении коэффициента расхода составляла 2,09...4,97%, коэффициента подтопления - 2,95... 5,88%, коэффициента скорости У - 1,22... 2,92£.

Весьма важно было установить в какой мере данные, полученные на модели, соответствуют натурным данным.

При установившемся движении жидкости через водослив основной действующей силой является сила тяжести, влияние которой оценивается критерием гравитационного подобия - числом Фруда.

Кроме того на движение потока через водослив, хотя и в меньшей степени, влияет вязкость воды, характеризующаяся числом Рейнольдса. С увеличением размера сооружения от модели до натуральной величины влияние числа Рейнольдса уменьшается и при определенных размерах сооружения влияние числа Рейнольдса становится исчезающе малым и основным критерием подобия является только число Фруда.

Отсюда следует, что, начиная с некоторого граничного значения число Рейнольдса, величины коэффициентов расхода модели можно принимать и для натуры при их геометрическом подобии.

Еще правильнее, видимо, говорить о граничном числе Рейнольдса, связывая его значение с точностью определения коэффициентов расхода в натуре по данным, полученным на модели.

Лятхер и Прудовский на основе анализа опытных материалов, обобщенных Розановым, показали, что при числе Рейнольдса порядка 1.10^ ошибка в переносе модельных значений коэффициентов расхода в натуру может достигать а при числах Рейнольдса около 1.10® - 1%. В соответствии с приведенными выше данными результаты настоящей работы по пропускной способности могут быть перенесены в натуру с точностью около 1,3%.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования пропускной способности трех моделей треугольных водосливов практического профиля при свободном режиме истечения воды. Как указывалось выше бывшими ранее исследованиями установлено, что наивыгоднейшему по пропускной способности углу наклона верховой грани соответствует его котангенс ф = 2, а в отношении влияния низовой грани вопрос остался открытым. В силу этого в настоящей работе исследовалось влияние угла заложения низового откоса на пропускную способность водослива. Кроме згого ставилась задача определения пропускной способности при трехмерном течении на водосливе. ^

В работе показано, что для треугольного водослива конкретного практического профиля, при фиксированной ширине гребня водослива коэффициент расхода зависит только от величины относительного напора, то есть ;

(?)

Кривые зависимости (7) для трех моделей водослива приведены на графиках рис.4;5 , сопоставление которых показало, что степень влияния аргумента Но/Р на пропускную способность водослива зависит от величины наклона его низового откоса следующим образом: при Но/Р порядка 0,5 коэффициенты расхода меньше для более крутых откосов, а при Но/Р порядка 1,0 это соотношение, меняется на обратное. Совпадение в величинах коэффициентов расхода с разными углами наклона низовой грани происходит при Но/Р- 0,7.

Подобное поведение коэффициентов расхода объясняется, видимо, достаточно сложной зависимостью характеристик вальца у гребня на низовой грани водослива и соответствующим изменениям кривизны переливающегося потока на этом участке водослива, а также развитием пограничного слоя потока у стенок лотка.

Ни в одной из серий опытов не было достигнуто постоянного значения коэффициента расхода, в то время как исследователи,имевшие дело ранее с треугольными водосливами практического профиля отмечали его постоянство. Объяснение этого кроется в том, что в этих работах исследовалось двумерное течение через водослив, а в настоящем исследовании течение трехмерно.

Причем влияние последнего сказывается в зависимости от величины относительного напора неоднозначно по сравнению с предыдущими исследованиями. Например, для водослива Крампа рекомендуется принимать постоянное значение 0,633, а в настоящих исследованиях при Но/Р я 0,463 С,* = 0,576, то есть меньше на 27%, а при Но/Р = 0,993 Сй = 0,682, то есть больше на 7,7%. То же наблюдается и при сравнении серии Ш-1 со 164-й серией Базена.

Нельзя не отметить, что величины коэффициентов расхода водослива, изучаемого в настоящей работе, при значениях Но/Р^>0,5 мало отличаются от величин коэффициентов расхода водослива с тонкой стенкой и превышают таковые для водослива с широким порогом.

Во всех имеющихся исследованиях отсутствуют данные для расчета режима сопряжения в нижнем бьефе, что затрудняет проектирование и эксплуатацию треугольных водосливов практического профиля, особенно если учесть что через этот водослив может проходить расход до 50...100 м3/с.

Поэтому в настоящей работе экспериментально'был изучен коэф-

фипиент скорости V , знание которого позволяет рассчитать сопряжение потоков в нижнем бьефе водослива по известным методам.

Так как структура течени при постоянных геометрических характеристиках водослива однозначно характеризуется относительным напором, то У= ^(Л^Р). Подобные зависимости для трех серий опытов проведены на рис. У. На величине коэффициента значительно сказывается изменение угла низового откоса: при изменении 3„ от 5 до 3 значения коэффициента скорости при Ио/Р в диапазоне 0,46...0,97 уменьшается, а при дальнейшем увеличении крутизны откоса ( до $„ =2) значения довольно значительно возрастают. При Но/Р^ 0,97 значения коэффициекта скорости для всех значений практически выравниваются.

В диссертации показана взаимосвязь коэффициентов^ и V, а также получено^ что при больших относительных напорах величины потерь энергии на водосливе столь малы, что обтекание водослива можно считать потенциальным.

Методами регрессионного анализа получены аппроксимирующие зависимости для коэффициентов расхода и скорости. Для каждого из них было найдено по две формы эмпирических зависимостей

т-аЛ^Т+Ы-^гУС, . (8) Сг + е*Р%, -С* ■ <9)

9= ¿-ехр[-а,(Ма--$3)'С,]. (10) _^_

С, *Кл**р (-а.(Ш

1

Коэффициенты в (8)...(II) в зависимости от котангенса угла заложения низовой грани водослива к горизонту приведены в ниже следующих таблицах. Там же приведены величины среднеквадратичных отклонений С для полученных зависимостей.

Таблица I

Серия опытов а, Я с, ^тгх и О 5/пах

1-1 5 -0,0683 0,2417 0,310 2,ЁЙ 68,6 0,470 8,05 0,0364%

П-1 3 0,1833 -0,1353 0,420 2,5% 85,3 0,480 9,001 0,0364%

Ш-1 2 0,976 -0,9658 0,6236 2,5$ 39,1 0,510 6,0010,0364%

Таблица 2

Серия опытов £ 4 са ** А С* &/77С/Х

1-1 П-1 Ш-1 5 . 3 2 180,9 95,3 80,0 . 0,625 0,615 0,620 1,90 1,60 1,50 1,80% 9,0% 7,1% 40,6 90,2 62,0 1,09 1,02 0,98 5,85 9,00 7,40 1,17% 1,17% 1,17%

В диссертации приведены графические связи коэффициентов , , ик^ с величиной ,что позволяет производить расчеты коэффициентов расхода и скорости в диапазоне изменения 5> от 2 до 5.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования пропускной способности треугольных водосливов практического профиля при подтопленном режиме истечения воды через вош-дослив.

Графики связей приведены на рис.6 . Из графиков

следует, что величины (л/Но)гр зависят от угла заложения низового откоса водослива, а конкретное значение граничных подтоплений занимает промежуточное положение между граничными значениями относительно подтопления для водослива с широким порогом и трапецеидальным водосливом практического профиля, с одной стороны, и водосливом с тонкой стенкой, с другой.

Величины граничных значений относительного подтопления для различных углов заложения низового откоса водослива приведены в табл. 3.

Таблица 3

Серия опытов (Л/Но) гр

"7-2 5 оТ43 "

П-2 3 0,36

Ш-2 2 0,26

В диссертации приведен график зависимости (а/Но)гр от величины контангенса угла заложения низового откоса водослива.

Величина относительного подтопления в серии 1-2 ( водослив Крампа) меньше, чем было получено ранее (0,63); однако это объясняется тем, что в настоящей работе течение трехмерно, в то время как в предшествующих работах изучалось двумерное течение.

Для коэффициентов подтопления найдена эмпирическая зависимость

■ С12)

Коэффициенты А и В в (12) в зависимости от величины приведены в табл. 4.

Таблица 4

Серия ~ с ~ ___ "

опытов Ьн В

1-2 ~5 ~ ~ 0,989 "0,323

П-2 3 0,945 0,484

Ш-2 2 0,987 0,533

В диссертации приведены графические связи коэффициентов А и В с величинами , что позволяет производить расчеты коэффициента подтопления в диапазоне изменения <5у от 2 до 5.

Среднеквадратичное отклонение в каждой из трех полученных формул не превышает 3,1%.

Зависимость коэффициента скорости при подтопленном истечении от определяющих течение параметров найдена в виде графической связи изолиний = ¿¿£>лг в зависимости от относительных величин Л/Р и 4/Но для трех серий опытов (рис.7 | 8,9 ).

Полученные графические связи позволяют путем последовательных приближений рассчитать расход через подтопленный водослив с большей точностью, чем при использовании коэффициентов расхода и подтопления, так как относительная погрешность в определении коэффициента скорости меньше, чем суммарная относительная погрешность в определении коэффициентов расхода и подтопления: 1,22...2,926 и 3,62...7,70%, соответственно.

В заключении кратко подведены итоги проделанной работы. В частности, отмечено что при проектировании и эксплуатации водосливов-водомеров необходимо уметь рассчитывать сопряжение потоков в нижнем бьефе водослива, а практические задачи водоучета могут потребовать применения мерных водосливов в трехмерных условиях их работы, а также при подтопленном истечении.

Проведенные эксперименты и результаты их обработки в определенной степени (так как нельзя отразить всего многообразия расчетных случаев в одной работе) дали ответы на поставленные вопросы: в условиях трехмерного течения, в отличие от двумерного, не найдена область постоянного значения коэффициента расхода;

- впервые для водосливов рассматриваемого типа получены экспериментально значения коэффициентов скорости для свободного

и подтопленного истечения, причем в первом случае найдены эмпирические зависимости в в виде формул, во втором - графические;

- для коэффициентов расхода и подтопления получены расчетные эмпирические зависимости;

- на пропускную способность исследованного водослива в условиях свободного и подтопленного истечения, а также на условия затопления существенное влияние оказывает величина наклона низового откоса водослива.

Поставлены и задачи дальнейших исследований, в которые входят:

- изучение пропускной способности треугольных водосливов практического профиля при свободном и подтопленном истечении в более широком диапазоне влияющих параметров, в том числе определяющих "степень" трехмерности;

- постановка серии масштабных опытов для выявления возможности переноса результатов, полученных на модели, на натурный прототип;

- наряду с интегральными количественными аспектами изучения необходимо более детально исследовать структуру потока как на подходе к водосливу, так и на нем самом;

- при измерениях выдерживать требование адекватности средств измерения на модели и на натурном прототипе.

Рис. I. Профили водосливов

Рис. 2. Влияние уклона верхового откоса на величину коэффициента С по опытам Баэена

РИс. 3. тп=/(9„) (по данным Базена, в обработке Бахметева)

Рис. 5. У() для всех трех моделей

Р I - £ = 5,0; 2 3,0; 3-Х=2,0

ои

о./ о.г о.1 ал о.5 ав от ав од /о Ио РИС. 6.

Серия I

Рис. V.

Зависимость коэффициентов скорости при подтопленном истечении от относительных величин й/р и А/ио

Сепия П

о о! о'г о'.з о.4 а об от ав Р

Рис. 8. Зависимость" коэффициентов скорости при подтопленном

_4_

Яо

/ о О 9 0.8 О. 7 0.6 0.5 О.Ь 0.3

о.г о /

истечении от относительных величин и А/у*,

Серия Ш

1 |

о «о •Уп-.ОУО

#

1

аз

оь

И5

О в

О-в

аа р

Рис. 9. Зависимость коэффициентов скорости при подтопленном истечении от относительных величин и