Déversoir en mince paroi Déversoir en mince paroi

rivière

Ouvrage de Prise

Réservoir Barrage Prise d'eau Seuil/

Ouvrages d’adduction (conduites d’amenée)

Ouvrages de fuite Équipé par

déversoirs

Ouvrage

Seuil et barrages Seuil et barrages

Parafouilles

Vanne segment

Pilier Niveau

constant

Bassin amortisseur Coursier

Déversoir Niveau

variable

Alluvionnement

Protection contre érosion locale

Joint

Ecran d ’étanchéité

Marche positive

Barrages fixes ¿

Barrages fixes ¿ ÀÀ Barrages mobilesBarrages mobiles

1 Ouvrage de réglage et de contrôle pour une prise d’eau ou une centrale hydroélectrique.

1

2 Dispositif de mesure de débit.

3 Point fixe dans un cours d'eau pour limiter les érosions du lit.

2 3

Diriger le courant vers la prise d’eau.

Augmenter et contrôler le niveau d’eau.

Diminuer la vitesse de l’écoulement.

. En

combinaison avec une prise

d’eau

Faciliter le captage

d’eau

Types de déversoirs non contrôlés Types de déversoirs non contrôlés

Déversoirs rectilignes (vue en plan) Déversoirs rectilignes (vue en plan)

Déversoir latéral Crête perpendiculaire

à l’axe

Crête oblique par rapport à l ’axe

.......

.... érosion

Ronde Labyrinthe polygonal

Evacuateurs en puits Circulaire Marguerite

Déversoirs non rectilignes (vue en plan) Déversoirs non rectilignes (vue en plan)

H

Q H

Q = f(H)

Dispositif de mesure Dispositif de mesure

Réservoir

artificiel Barrage voûte

Lac naturel

Vanne clapet

Evacuateur de crues Evacuateur de crues

Types de déversoirs Types de déversoirs

a) Coupe longitudinale (en mince paroi, à seuil épais, à crête arrondie)

b) Coupe transversale (profil rectangulaire, trapézoïdal, rectangulaire avec pilier c) Vue en plan (à crête perpendiculaire et oblique à l’axe, déversoir latéral

d) Types d’écoulement (dénoyé, noyé, adhérent).

2

2 2

2 ( )

H h Q

gb h w

= +^o _o +

32

2 d h^o Q = C b g ⋅

Capacité du déversoir selon Poleni:

Charge amont dur le déversoir selon Bernoulli:

Coefficient du débit selon Rehbock:

32

0,135 0,0011

0, 4023 1 ^o 1

d

o

C h

w h

= ⎡⎢⎣ + ⎤ ⎡⎥ ⎢⎦⎣ + ⎤⎥⎦

Valeur moyenne: C = 0.42

Déversoir en mince paroi standard a) Définition de la géométrie

b) Détail de la crête

Déversoir en mince paroi Déversoir en mince paroi

(

⁰

)

23 = , Cd = µ f h w

32

0,135 0, 0011 0, 4023 1 ^o 1

d

o

C h

w h

⎡ ⎤ ⎡ ⎤

= ⎢⎣ + ⎥ ⎢⎦⎣ + ⎥⎦

1 1

2 2

/ , /

o o

h w< h b<

Coefficient de débit Valable pour

0.07 0.06 b 0.30

w 0.30

m ho m m

m

≤ ≤

≥ est un facteur de correction qui tient compte que ≥

• heff < h sur la crête

• lignes de courant ne sont pas parallèles

• la répartition des pressions n’est pas hydrostatique

• la répartition des vitesses n’est pas uniforme

Valeur moyenne: C^d = ^{0, 42}

(

µ = 0, 63 pour h

)

^o < ¹3 w

Répartition des pressions et des vitesses

/ 0

H w→

( )

/

p ρg H

Nappes inférieure et

supérieure d’un déversoir en mince paroi standard,

;

répartition transversale de la pression relative (1)

et de la hauteur de vitesse relative (2)^{V2 / 2}

(

^{g H}

)

Déversoir en mince paroi Déversoir en mince paroi

Répartition transversale de la pression relative et de la composante de la vitesse relative

Répartitions transversales de la pression relative et de la composante de la vitesse relative

a) Section du déversoir, b) section contractée^{u/ 2}

(

^{g H}

)

^{12 p/}

⁽

^{ρg H}

⁾

Nappes généralisées d’un déversoir en mince paroi

• L’effet de la tension superficielle est négligeable

si

(à considérer pour les modèles réduits)

• Viscosité du fluide n’influence guère la géométrie des nappes

0.05 H > m

Déversoir standard Déversoir standard

Pour éviter des zones de sous-pressions le long du radier, la nappe inférieure du déversoir en mince paroi pourrait être reprise comme géométrie du déversoir à crête fixe. Théoriquement ainsi une pression égale à zéro le long du radier est garantie.

a) déversoir en mince paroi standard et b) déversoir standard correspondant

•

la charge H est mesurée à partir de la crête du déversoir standard

32

_d 2

Q = C b g H

Cd : coefficient du débit du déversoir standard qui dépend de la charge H

Géométrie du déversoir standard Géométrie du déversoir standard

= 1 ).

HD m

1 1,85

, > 0 Z 2 X X

− =

Définition géométrique de la crête du déversoir standard à parement amont vertical

a) définition du système des coordonnées, 1 quadrant amont, 2 quadrant aval

b) détail du quadrant amont (tous les chiffres par rapport à

Définition selon USCE

/ = z /

>

D D

X x H

Z H

X O

=

Tableau: Origines O, rayons de courbure R et domaines de validité relatifs à H_D du déversoir standard (quadrant amont).

Pour économiser du béton le parement amont est modifié en ménageant une saillie:

Recommandé:

/ > 0.5 / _D 0.6 M N

M H ≥

Déversoir standard à parement amont surplombant

Effet de charge sur le déversoir standard Effet de charge sur le déversoir standard

3 / ^D 12 2 / ^D H H = et H H =

1 2

Déversoir standard et nappes provenant de déversoirs en mince paroi standard

Déversoir standard ( ― ) profil de surface et (…) ligne de pression pour diverses charges relatives H/H_D

(écoulement plan)

Déversoirs standards:

a) Profils de surface, ( ― ) axial entre les piliers, (---)

écoulement plan; pressions relatives au fond

b) Écoulement plan

c) Axiales entre les piliers d) Le long des piliers

Effet de charge sur le déversoir standard Effet de charge sur le déversoir standard

Effet de la charge relative H/H_D sur le coefficient de débit C_d

( )

^1,62

/

_D

/

_D

Q Q = H H

( )

^0,12

/ = /

d dD D

C C H H

donc

Valable pour

/ 0 : C = 0.385

d

/ 1 : 0.494

/ > 2 : 0.55

D

D d

D d

H H

H H C

H H C

→

= =

→

0.2 < H H/ _D < 2

Ö

L’écoulement sur le déversoir standard correspond à celui d’un déversoir en mince paroi si la charge H sur ce dernier est égale à la charge de

dimensionnement H_D (pour laquelle la géométrie a été définie): pressions sur le radier négligeables; C_d = C_dD = 0.494

Ö

Le déversoir standard est surdimensionné:

Š

pressions sur le radier sont plus fortes mais positives: acceptable

Š

le coefficient de débit diminue (C_d < C_dD); H / H_d Æ 0 ; C_d Æ 0.385

Ö

Le déversoir standard est sousdimensionné:

Š

le coefficient de débit augmente (C_d > C_dD)

Š

pressions sur le radier deviennent négatives (sous-pressions: risque de cavitation si H / H_D > 1.4 ou l’écoulement se sépare du déversoir).

En pratique on accepte H/H = 1.1 à 1.3 H 1

H

D

=

H 1 H

D

<

H 1 H

D

>

En pratique on accepte H/H_D = 1.1 à 1.3

Effet de charge sur le déversoir standard Effet de charge sur le déversoir standard

Champ de vitesse normalisé de l’écoulement par-dessus un déversoir standard

Champ de vitesse normalisé de l’écoulement par-dessus un déversoir standard

a) H/H_D = 1 b) H/H_D = 2

Répartition de la pression de fond

(…).

Limite supérieure de la charge

( )

^0,08

( )

/ = / 1 /

s D n D n D

H H ⎡ H H ⎤ H H

∆ ⎣ − ⎦

Surélévation du plan d’eau

Séparation de l’écoulement d’un déversoir standard, a) dû pilier malformé,

b) dû à la géométrie du fond non conforme. (---) profil

Effet de charge sur le déversoir standard Effet de charge sur le déversoir standard

Limite supérieure de la charge

En pratique des rapports de

H/H_D = 1.1 à 1.3 sont acceptables sans risque de cavitation.

Domaines de cavitation provoquée par un déversoir standard.

(―) début de la cavitation, (…) cavitation accomplie, charge H(m) en fonction du rapport H/H_D

Forme trapézoïdale / polygonale

(

^e4

)

= 1 - 2sin

e 9 1+

c θ

ξ

Capacité du déversoir polygonal

32

= 2d e

Q C c b g ⋅ H

c_e : coefficient de correction

( )

= /

e H w Le

ξ

−

Déversoir à seuil épais, géométrie polygonale.

Déversoirs à seuils épais Déversoirs à seuils épais

h_c h_a

L_s

séparation de l’écoulement

⇒ sous-pressions x / H

x_a / H

H

Facteur caractéristique σ_ω= H / L_s

32

Q C b 2 g H = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

d

avec C_d = 0.326

si 0.1 < σ_ω < 0.4 (seuil large)

⇒ h_a = 0.20 · H x_a = 0.44 · H

Capacité d’un déversoir standard noyé

32

=

_d

2

Q C Sb g H

Coefficient de submersion Déversoir noyé pour lequel

l’écoulement dépend des charges

amont H et aval H_u.

S = 1 - H / ( (

_u

H )

²

)

¹²

( )

( )

2

=

_o

/ 2 ou = Q/ h +

_o o

H V g V w b

avec

Déversoir standard noyé Déversoir standard noyé

Réduction du coefficient de débit en fonction de la perte de chute relative pour une géométrie du déversoir donné

Réduction ∆C_d du coefficient de débit [%], en fonction de

( h

u

+ ∆ h ) ^{/ et} H ∆ h H ^/

( ^h

_u

^{+ ∆ h} ) ^{/ H}