Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra hydrauliky a hydrologie. Předmět HY2V K141 FSv ČVUT. Přepady. Doc. Ing. Aleš Havlík, CSc., Ing. Tomáš Picek PhD.

Transkript

1 Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra ydrauliky a ydrologie Předmět HYV K4 FSv ČVUT Přepady Doc. Ing. Aleš Havlík, CSc., Ing. Tomáš Picek PD. K4 HYV Přepady

2 přepad - ydraulický jev X přeliv - konstrukce voda přepadá přes přeliv (konstrukci) přelivy: provozní části vzdouvacíc staveb (jezy, přerady) bezpečnostní zařízení (přerady, rybníky...) oddělení části průtoku (dešťové oddělovače, závlaové kanály...) měření průtoku... K4 HYV Přepady

3 Členění podle tvaru konstrukce Základní typy : přepad přes ostroranný přeliv t <.67 měrné přelivy přepad přes jezový přeliv.67 < t < přepad přes proudnicový přeliv přepad přes širokou korunu t > K4 HYV Přepady

4 Speciální typy : přepad s nízkým praem ve dně Jamborův prá stupeň ve dně šactové přelivy násoskové přelivy K4 HYV Přepady 4

5 Členění podle půdorysnéo uspořádání čelní přeliv šikmý přeliv lomený přeliv zakřivený přeliv boční přeliv K4 HYV Přepady 5

6 Základní části a rozměry přelivu přelivná rana (ostroranné) / koruna přelivu : nejvyšší část přelivnéo tělesa přepadová výška s - výška přelivu v orní vodě s d výška přelivu v dolní vodě H spád ladin s σ výška zatopení přelivu y d loubka dolní vody B šířka přívodnío koryta/kanálu b šířka přepadu (délka koruny) v přítoková ryclost, v /[B(s)] μ, m součinitel přepadu H s s d y d K4 HYV Přepady 6

7 K4 HYV Přepady 7 Základní rovnice přepadu dz x u ds u d g v α z g u φ dz x g v α z g dz x u d z dz x b v zásadě výtok otvorem sora neomezeným: v loubce z pod ladinou ryclost celkový průtok pro ideální kapalinu zúžení přepadovéo paprsku pro skutečnou kapalinu dz x g v α z g μ μ -součinitel přepadu

8 K4 HYV Přepady 8 a z too pro obdélník (xbkonst.) dz g v α z g b μ dz b g v α z g μ pro jiné tvary obdobně s uvažováním xf(z); ( ) [ ] d z g b μ d g v α trojúelník (xkz) dz g v α z z g k μ ( ) 5 z fce

9 K4 HYV Přepady 9 μ -součinitel přepadu μ D μ W > μ často:, nebo D g b μ ( ) ( ) [ ] d d W g b μ g b μ g v α > μ m g μ C Různé přístupy uvažování vlivu přítokové ryclosti v Dubuatova (Poleniova): též ve tvaru Rovnice: Weisbacova

10 K4 HYV Přepady Tvar přepadovéo paprsku dokonalé zavzdušení prostoru pod paprskem spodní obálka vrovou parabolou; v bezrozměrném tvaru (Blaisdel) předpoklad - konstantní svislá tloušťka paprsku orní obálka koeficienty měření na ostroranném přelivu se svislou stěnou při v : A-,45, B,55, C,5, D,6, x/ >,5 (na obr.) Pro x/ <,7 Bazinovy souřadnice (na obr.). C x B x A y D C x B x A y g αv f

11 y/.8 Přepadový paprsek bezrozměrné souřadnice.6.4 Bazin,5., Blaisdel / x/ v prostoru pod paprskem podtlak - paprsek snížený až lpící větší zakřivení, větší kapacita, nebezpečí vibrací, nestálý jev přetlak - paprsek zdvižený - menší zakřivení, menší kapacita, nestálý jev K4 HYV Přepady

12 Přepad dokonalý nedokonalý dokonalý přepad f() nebo f( ), nezávisí na y d nedokonalý (zatopený) přepad f(, σ ), resp. f(, H) nebo f(, σ ), resp. f(, H) se redukuje součinitelem zatopení σ z : σ z f(typ přelivu,, s d, H) H s σ z m b g s nebo y d s σ m b g z d K4 HYV Přepady

13 Přelivy ostroranné f() přelivy s t<,67; Měrné přelivy -pro měření specielní úprava přelivné rany lavní typy: obdélníkový - bez boční kontrakce (Bazinův) s boční kontrakcí (Ponceletův) - mm 45-6 Bazinův přeliv αv /g Ponceletův přeliv v s pp a t<,67 b s B K4 HYV Přepady

14 trojúelníkový (s vrcol. úlem 9 - Tomsonův) licoběžníkový (s bočními stěnami 4: - Cipolettio) řada dalšíc Trojúelníkový přeliv Tomsonův přeliv b b α 9 Cipolettio přeliv a> a> b> s> B> K4 HYV Přepady 4

15 K4 HYV Přepady 5 Bazinův přeliv s m. < b <. [m],. < s <. [m],. < <.4 [m] Ponceletův přeliv s B b.55 B b m Obdélníkové přelivy Pro obdélníkové přelivy (Bazinův i Ponceletův) řada vzorců pro m od různýc autorů, rozdíly obvykle < - %. g b m

16 Zatopení mezní odnoty podle Pavlovskéo (H/s d ) * /s d pokud skutečný poměr H/s d < (H/s d )* pro dané /s d, je přepad zatopený a σ H σ z.5. sd K4 HYV Přepady 6

17 Trojúelníkový přeliv 8 5 μ α tg g 5 e.6 μ součinitel přepadu podle Kulina et al.59 α α [ ] K4 HYV Přepady 7

18 e k k [mm] α [ ] nebo podle Graveo pro < α <. α tg Rozdíly průtoku podle obou rovnic pro α >45 menší než % K4 HYV Přepady 8

19 Trojúelníkový přeliv pravoúlý (Tomsonův) podle Tomsona.5 Kinga.4.5 < <.55 m, s > a B > trojúelníkové přelivy - vliv zatopení pro y d >s d -,5 [m] Licoběžníkový přeliv Cipolettio B>.86 b.5 K4 HYV Přepady 9

20 Lineární přeliv k průtok roste lineárně s přepadovou výškou μ g z b dz a k z. dz z [ z] k dz k b a z tvar přelivné rany - yperbola K4 HYV Přepady

21 K4 HYV Přepady Přepad přes jezová tělesa, přeradní ráze f( ) Jezy - poyblivé nebo pevné konstrukce ke vzdutí vody (plavba, využití vodní energie, odběry vody) - často vliv dolní vody Přerady - vyšší konstrukce k vytvoření zásoby vody, pro neškodné odvedení velkýc průtoků opatřené přelivy, resp. pro zatopený (nedokonalý) přepad, resp. g b m g b μ z g b μ σ z g b m σ

22 Přelivy jezů a přerad často razené dělicí pilíře kontrakce vodnío proudu, účinná šířka přelivu b < b b b. ξ b - součet šířek jednotlivýc polí, ξ -součinitel zúžení, ξ f(tvar pilíře/křídla) δ 45 ξ r,5 d 9 r,5d r d r (,75 -,5)d r (,5 -,75)d d proudnicové zlaví a r,5 -,,,7,45 -,7 PŘEDSAZENÉ ZHLAVÍ a,45 -,7,5 -,4,5 -,, -,,5,5 d K4 HYV Přepady

23 Jezové přelivy jednoducéo profilu s s :k :k' s :k t :k' t Obdélníkový příčný průřez /t,,,5,,5, µ p,45,48,498,555,65,6 Trojúelníkový příčný průřez podle Bazina k k' [m],9,,5,,7,,6,45,796,786,774,768,766,76,75,7,7,75,75,74,7,7,7,78,7,75,7,75,7,7,7,7 K4 HYV Přepady

24 typ jezu vysoké jezy s>5m středně vysoké jezy <s<5m nízké jezy s<m Licoběžníkový příčný průřez podle Pavlovskéo skloněná návodní stěna skloněná vzdušní stěna skloněná návodní stěna skloněná vzdušní stěna sklon stěn k',5 k,5 k k k' k' k k5 k k' k'5 k' /t>,646,6,66,645,6,6,6,6,57,585,56,55 </t<,6,57,6,65,6,57,6,57,54,555,55,55,5</t<,54,55,6,585,56,5,57,54,55 K4 HYV Přepady

25 Součinitel zatopení pro přelivy jednoducéo profilu (dle Pikalova),9,8,7,6 σz,5,4,,,,,,,4,5,6,7,8,9 s / K4 HYV Přepady 5

26 Jezové přelivy se zaoblenou korunou a - Kramer b Rebock c Rebock μ p μ p r. s.4 r μp... 5 r pro. < r < s r 6 pro..9.9 s r s r / s..8 r s d Kramer použití rovnice dle a) 4.57 a r b. 57 při dosazení a /b b K4 HYV Přepady 6

27 Přelivy proudnicové tvar - z dolní obálky přepadovéo paprsku přelivné plocy: beztlakové - sledují dolní obálku přepadovéo paprsku - na ploše nulové tlaky tlakové -menšíkřivost než přepadající paprsek - v lib. bodě p>p a, menší kapacita přelivu podtlakové -větší křivost než přepadající paprsek - v lib. bodě p<p a, větší kapacita přelivu, podtlak a vysoké ryclosti nebezpečí kavitace, eroze, vibrací konstrukce... x x tlaková ploca beztlaková ploca y y beztlaková ploca podtlaková ploca tvar přepadovéo paprsku funkcí beztlaková ploca pouze pro přepadovou výšku n (návrová přepadová výška) < n tlaková ploca, > n podtlaková ploca K4 HYV Přepady 7

28 Beztlaková ploca Scimemio souřadnice přelivné plocy pro n : y T n.5 x T n.85 y x x/ n >,.5 -. < x/ n < n n tečný bod přelivné plocy k návodnímu líci ráze o úlu α:.85 směrnice tečny v [x T,y T ] xt tgα,.95 součinitel přepadu m n.5 pro n, n.85 y 5.77 x n n.84 m m.94.6,,7 m m.7. n n < n n n n,.7 Scimemio ploca neuvažuje vliv přítokové ryclosti jen pro vysoké jezy/přerady, jen svislý návodní líc K4 HYV Přepady 8

29 Scimemio ploca další výzkumy plocy USBR a WES, pro různé s/ n, sklon návodnío líce (snl)... WES: y x K x/ n, n n pro x/ n < složený kruový oblouk, R / n a R / n m n K f( /,s/,snl) n f( /,s/, snl) f( n / n n,s/ n n f( n,snl) / n,s/ n,snl) n n n zatopení Denverský graf K4 HYV Přepady 9

30 pro vysoký jez (s/ n ) se svislým návodním lícem: K,5, n,85, r,5 n, r, n, m n,5 m m n n.78 -, -, -,,,,,4,5,6,7,8, x/ a r r S,,,4 max x T(x,y ) y T T : - : S K4 HYV Přepady

31 Přepad přes jezový objekt s vysokým stupněm zatopení malé vzdutí ladiny objektem výpočet pomocí nerovnoměrnéo proudění s uvažováním místní ztráty srpen Praa, Vltava, Helmovský jez na Štvanici K4 HYV Přepady

32 Přepad přes širokou korunu - l (,5-5) αv o /g s l pro s y (dokonalý přepad) z Bernoullio rovnice d když v v d v g ( α ξ) α v α v v Z Z ξ g g g v g ( ) α ξ ϕ v α ξ σ s d ( ) ϕ g H y d K4 HYV Přepady

33 a průtok ϕ S S b ( ) g, zúžení paprsku ε ϕ b ε g ε ϕ ε ( ) ε b g položme m ϕ ε ε m b g Z pokusů (.8.9) k - vodní skok (vlnový) ε přepad ϕ m ε ε beze ztrát,85 / / vstupní část dobře zaoblena,95,6,6,7 zaoblená vstupní rana,96,5,57,76 vstupní rana seříznuta,9,,5,79 ostrá vstupní rana,9,,5,85 dtto, prá mimořádně drsný,88,,465,8 K4 HYV Přepady

34 nedokonalý přepad - s < d y d, resp. < σ ϕ b σ g ( σ ) též σ m b g z σ /,95,9,85,8,75,7,,4,6,8 σ K4 HYV Přepady 4

35 Stupeň ve dně častý prvek (úpravy toků a razení bystřin) snížení podélnéo sklonu, stabilizace koryta obdélníkové koryto y y k y e z impulsové věty y e,667y k y.5 e.75 y k 5.8 b y e s y d zatopení: s < s min s min ( ( ) ) yd y yk.97 n , k n yk yd y k y yd yd s s yk yd y k y K4 HYV Přepady 5

36 Šactový přeliv přeliv s kruovou přelivnou ranou ostroranný positivní negativní s proudnicovou přelivnou plocou D positivní : k L,4 k π D,4, <,D k -,46D,96D,4497,7 D,648 [m] negativní: D π D g K4 HYV Přepady 6

37 K4 HYV Přepady 7 Přeliv s proudnicovou plocou zejména jako bezpečnostní přeliv sypanýc rází dokonalý přepad:.5 D g L μ souřadnice plocy tabulky y pro r, y f x,5 x pro r, x f y < < D x y r r r f μ nedokonalý přepad výtok otvorem: g 4 D π μ.5 D >

38 Přepad přes jezovou klapku, segment, sektor v α r 5 α 4 /r,7 C b fα, r C protože součinitel průtoku C je v US jednotkác, třeba převést: C g C m SI g 9.8 ms.55 C (SI) US.85 ft /r - /r -,8,,,4,6,8 4, C s (US) K4 HYV Přepady 8