Гидротехнические сооружения. Том I

У. Р Я Д ИЗМЕНЕНИЙ И ДОПОЛНЕНИЙ К С УЩЕ С Т В УЮЩИМ МЕТОДАМ, ПО Л У Ч Е ННЫМ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БЫС Т Р О Т ОКО В В НА Т У Р Е I I ЛАБОРАТОРИИ

Только что изложенным методом расчета быстро токов как пользовались до настоящего времени, так пользуются даже и теперь. Проведенный же в последние годы ряд исследований вопроса о дви жении воды в лотках с большими уклонами пока зал на н е п р а в и л ь н о с т ь э т о г о м е т о д а , и хотя еще не дали ответа на все возникающие в связи с их расчетом вопросы, но уже по ряду вопросов дали цепные указания, которые можно h f > ho при Цр0. 2

целью установления зависимости величины насы щения воды воздухом от остальных гидравличе ских элементов лотка, установления новой зави симости v — f(Ii,I ) и т. д. Иследовашт эти про водились как в лабораторной обстановке, так и в естественнйх условиях на выстроенных сооруже ниях. Приведем здесь некоторые результаты этих исследований, установив предварительно следую щие обозначения:

г к ѵ л ѵ л ѵ . ѵ л ѵ . ѵ - -

„„.,„„„ f спокойный воздух { в дпижении водяные капли в воздухе смесь воды с воздухом пузырьки воздуха в воде вода

V

[i m

•h

I i

1

Р и с. 321. Поперечный разрез зэриросапного потока.

v t — действительная скорость смеси воды с воздухом, h, 2 h (»2 — действительная глубина и площадь сечения аэрированного потока, ]і л и («j —глубина и площадь сечения чистой воды (без воздуха), движущейся со ско ростью Vi — расход протекающей воды, Ѵ 2 — расход протекающей смеси воды с воз духом, ѵ -2 — фиктивная скорость — ѵ . 2 = — , В — ширина потока, J — уклон лотка, выраженный через sin а. ( J ) — уклон лотка, выраженный через tg а. Таким образом, кроме действительного течения с величинами г\, h. 2 , u> 2 , мы можем представить себе два фиктивных: а, с « „ 1і { , — для чистой воды с действительной скоростью и ß) с ® 2 , Ъ. г , ш 2 —для смеси воды с фиктивной скоростью. Далее введем обозначение для понятия, харак теризующего содержание воды и воздуха в смеси. Молено было бы назвать насыщением воздухом или воздухо-содержанисм величину а — — объем воздуха в емесч Va . Однако, удобнее поль объем смеси зоваться величиной ß = 1 — а, которая представ ляет отношение объема воды в смеси к объему самой смеси: ß = l — — Я і = % . Эту величи V ; Va ну удобнее пазывать водосодержаннем смеси. Она очевидно равна удельному весу у 2 смеси. При рассмотрении движения воды в быстрото ках можно видеть, что действительная скорость воды в лотке от наличия аэрации не изменяется, хотя ссчение (глубина) потока и увеличивается, так как ото увеличение идет лишь за счет про слоек воздуха при том же саком сечешш чистой воды. А если это так, то для определения действи тельных скоростей, казалось бы, можно поль зоваться и старыми методами гидравлического расчета, изложенным выше, при каком то опре деленном коэфициенте шероховатости дна и сте нок лотка п,.

в дальнейшем принимать проектировщикам анало гичных сооружений. Основной вопрос, который особенно сильно вли яет на изменение условий протекания воды в лот ках с большим уклоном по сравнению с лотками и каналами малых уклонов, э то н а с ы щ е н и е в о д ы в о з д у х о м при т е ч е н и и с боль - шими с к о р о с т я м и . При больших уклонах, а следовательно и при больших скоростях воды можем наблюдать в потоке (рис. 321) движение н е ч и с т о й в о ды , а с м е с и в о д ы с в о з д у х о м , причем в верхней части потока несутся отдельные капли, ниже смесь воды с воздухом и затем слой воды с содержанием лишь пузырьков воздуха. Иногда слой смеси воды с воздухом доходит до дна.

расстояние/.

і ? f

V Р и о. 322. Продольный разрез аэрированного потока.

Если изобразить схематически свободную поверх ность уровня в таком лотке, с одним уклоном при глубине входа h, > h 0 (т. е. при кривой в зоне В, рис. 318) и отнести эти глубины к горизонтальному дну, то получим картину, изображенную на рис. 322), где по длине лотка кривая не имеет уже вида, показанного на рис. 319; н конце лотка при этом не будет глубины равномерного режима А 0 > а воз никнет глубина ббльшая h 2 . Следовательно, пользуясь приемами, изложен ными выше, обязательно придем к преуменьшен ным значениям глубин по длине лотка по сравнен нению с глубипамн действительными. H поссднес время был проведен ряд исследова ний вопроса об аэрации воды в крутых лотках с