Przelewy.

Tematem ćwiczenia jest badanie przepływów przez przelewy: określenie współczynnika wydatku m badanego przelewu oraz wykreślenie zależności natężenia przepływu i grubości warstwy przelewowej.

Przelewem nazywa się tą część przesz­kody, umieszczonej w korycie w poprzek strumienia, przez którą spiętrzona ciecz przedostaje się w dół koryta. Rodzaje przelewów określa się na podstawie różnych parametrów. Najważniejszymi kryteriami podziału przelewów są kryteria kształtu przekroju ścianki przelewu oraz hydrau­liczne.

Ze względu na przekrój ścianki przelewy dzieli się na:

- przelewy o ostrej krawędzi (grubość ścianki przelewu nie wpływa na kształt przelewającego się stru­mienia),

- przelewy o szerokiej koronie (struga cieczy przelewającej się nad przeszkodą ma strumień o parametrach do niej równoległych).

- przelewy o kształtach praktycznych (strumień cieczy spływa po ścianie przegrody - w  praktyce taką sytuację uzyskuje się, stosując krzywą Creager'a, zbliżoną do pa­raboloidy),

Ze względu na kryterium hydrauliczne dzielimy przelewy na:

- zatopione (generalnie poziom wody dolnej wpływa na wydatek przelewu),

- niezatopione (w przeciwnym przy­padku).

Dodatkowo, ze względu na kształt wy­cięcia w ściankach przelewów o ostrych krawędziach, można wyróżnić przelewy:

- trójkątne,

- prostokątne,

- trapezowe,

- półkoliste, itd.

Oprócz tego istnieją kryteria podziałów ze względu na ustawienie przelewu w korycie, istnienie lub brak dławienia bocznego, itd. Najbardziej charakterystycznym dla przelewu parametrem jest wydatek przelewu, który oblicza się różnie, w zależności od typu przelewu.

Wydatek przelewów niezatopionych o ostrych krawędziach i kształtach prakty­cznych liczy się ze wzoru:

(1)

gdzie m - współczynnik wydatku przelewu,

H - wzniesienie wody górnej nad koronę przelewu,

b(z) - szerokość zwierciadła cieczy na przelewie na głębokości z pod swobod­nym zwierciadłem cieczy,

z - zagłębienie rozpatrywanego elementarnego paska pod swobodnym zwierciadłem cieczy.

Wydatek przelewu niezatopionego o sze­rokiej koronie liczy się ze wzoru:

(2)

gdzie

Wydatek przelewów zatopionych o os­trych krawędziach i kształtach praktycznych oblicza się, jak wydatek otworów (suma wy­datków części zatopionej i niezatopionej):

(3)

gdzie F - pole przekroju części za­topionej przelewu,

h - różnica w poziomach wody górnej i dolnej,

m1,m2 - współczynniki wydatku części nie zatopionej i za­topionej.

Wydatek przelewu zatopionego o sze­rokiej koronie liczy się ze wzoru:

(4)

gdzie j - współczynnik prędkości,

a - wzniesienie wody dolnej nad krawędź przelewu.

Wydatek Q określa się na podstawie pomiarów na przelewie kontrolnym Thomp­sona, wg wzoru:

(5)

gdzie H - grubość warstwy przele­wowej.

Wyznaczenia współczynnika wydatku m dokonuje się aproksymując uzyskane punkty pomiarowe krzywą teoretyczną postaci:

(6)

Filtracja.

Prędkość filtracji określona jest wzorem:

(1)

gdzie Q - objętościowe natężenie przepływu,

F - całkowite pole przekroju, obejmujące powierzchnię kanalików i ziarn.

Prędkość filtracji jest mniejsza od pręd­kości rzeczywistej, gdyż jest odniesiona do większego przekroju.

Prawo Darcy podaje wzór na prędkość filtracji:

(2)

gdzie k - współczynnik filtracji,

I - spadek piezometrycznej linii ciśnień.

Za średnicę miarodajną dla danego gruntu przyjmuje się średnicę odpowiada­jącą 10% (masowym) na krzywej przesiewu, tzn że ziarna o średnicy mniejszej i równej średnicy miarodajnej stanowią 10% masy próbki.

Współczynnik porowatości gruntu określony jest wzorem:

(3)

gdzie Fp - pole przekroju kanalików,

F - całkowite pole przekroju,

Fp - objętość kanalików,

F - całkowite objętość.

Współczynnik filtracji oblicza się ze wzoru:

(3)

---