Что такое калькулятор расхода через прямоугольный водослив?
Прямоугольный водослив — это вырез прямоугольной формы в стенке поперёк открытого русла, который используют для измерения или регулирования потока воды. Достаточно измерить только напор (высоту слоя воды над гребнем), чтобы с хорошей точностью определить расход. Этот калькулятор применяет классическое уравнение водослива, переводя напор, ширину гребня и коэффициент расхода в значение расхода. Инструмент универсален в гидравлике и не привязан к какой-либо конкретной стране.
Как пользоваться калькулятором
Укажите коэффициент расхода (Cd) — обычно около 0,60–0,62 для тонкостенного водослива с острой кромкой; ширину гребня L в метрах; напор над гребнем H в метрах; и ускорение свободного падения g (по умолчанию 9,81 м/с²). Калькулятор выдаёт расход сразу в двух единицах — кубометрах в секунду и литрах в секунду.
Разбор формулы
В основе расчёта лежит уравнение $$Q = \frac{2}{3} \, \text{C}_d \cdot \text{L} \cdot \sqrt{2 \, \text{g}} \cdot \text{H}^{1.5}$$. Множитель \(2/3\) получается при интегрировании профиля скорости по глубине потока в предположении треугольного распределения скоростей. Член \(\sqrt{2g}\) следует из теоремы Торричелли, связывающей скоростной напор со скоростью истечения. Расход растёт пропорционально напору в степени \(3/2\), поэтому даже небольшое повышение уровня воды приводит к значительному увеличению потока.
Пример расчёта
Пусть \(C_d = 0{,}62\), \(L = 1{,}0\) м, \(H = 0{,}3\) м и \(g = 9{,}81\) м/с²: \(\sqrt{2 \cdot 9{,}81} = 4{,}429\), \(H^{1.5} = 0{,}1643\), тогда $$Q = 0{,}6667 \times 0{,}62 \times 1{,}0 \times 4{,}429 \times 0{,}1643 \approx 0{,}3008 \ \text{м}^3/\text{с},$$ или примерно 300,8 л/с.
Частые вопросы
Какое значение Cd выбрать? Для тонкостенного прямоугольного водослива с острой кромкой и полной аэрацией Cd обычно составляет 0,60–0,62. У водосливов с широким порогом эффективный коэффициент ниже.
Учитывает ли расчёт боковое сжатие потока? Нет — здесь используется формула для водослива без бокового сжатия (по всей ширине русла). Для водослива со сжатием уменьшите эффективную длину L примерно на 0,1H на каждое сжатие.
В каких единицах ведётся расчёт? Длина и напор — в метрах, ускорение свободного падения — в м/с², расход получается в м³/с (а также в литрах в секунду).
