Исследование работы водослива с тонкой стенкой.
Лабораторная работа №1.
Экспериментальная проверка сопряжения бьефов.
Цель работы:
1. Определить экспериментально сопряженные глубины и сравнить с расчетными.
2. Установить вид сопряжения потока со спокойным в нижнем бьефе.
3. Определить экспериментально длину гидравлического прыжка и сравнить ее с расчетной длиной, определенной по одной из эмпирических формул.
Сопряжение бьефов изучается за водосливом практического профиля или при истечении из-под щита 1 в лотке прямоугольного сечения 2,ширина которого в = 25 см (рис.1.1). Глубина потока в отводящем русле нижнего бьефа регулируется спицевым затвором 4 в выходном сечении лотка. Расход воды определяется с помощью водослива-водомера 5, установленного в отводящем русле.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки:
1 - водослив практического профиля; 2 - прямоугольный лоток;
3 - шпитценмасштаб; 4 - спицевый затвор; 5 - водослив-водомер
Основные понятия
При переливе жидкости через водосливы, перепады, пороги и другие искусственные сооружения на открытых каналах удельная кинетическая энергия увеличивается за счет уменьшения потенциальной. В нижнем бьефе образуется сжатое сечение с глубиной hС , где движение плавно изменяющееся.
Форма сопряжения падающей струи с потоком отводимого русла зависит от глубины в сжатом сечении и бытовой глубины отводящего русла hd . В сжатом сечении глубина всегда меньше критической и поток находится в бурном состоянии. В отводящем русле бытовая глубина hd, как правило, больше критической и поток находится в спокойном состоянии. Переход потока из бурного состояния в спокойное происходит резким качественным изменением - гидравлическим прыжком. При сопряжении бьефов различают следующие типы гидравлического прыжка:
|
|
|
1) если вторая сопряженная глубина hС² , рассчитанная из условия, что за первую сопряженную h¢ принята сжатая hС , будет больше бытовой hd , т.е. при h¢ = hС , h² > hd , то сопряжение бьефов происходит по типу отогнанного гидравлического прыжка;
2) если h²С = hd - по типу надвинутого гидравлического прыжка;
3) если h²С < hd - по типу затопленного гидравлического прыжка.
В первом случае гидравлический прыжок возникает на некотором расстоянии от сжатого сечения, во втором – в сжатом сечении, в третьем – сечение затопленно гидравлическим прыжком.
Сопряжение глубины для прямоугольного призматического русла находится по формуле:
,
,
Таблица 1.1 Определение расхода воды
| Отметки | Напор | Расход | |
| Свободной поверхности перед водосливом | Нуля мерного водослива | Перед водосливом Н, см | Q, см3/с |
| 28,1 | 18,7 | 9,4 | 387.05 |
|
|
|
Таблица 1.3 Определение длины прыжка
| Начало гидравлического прыжка ᶩ1, cм | Конец гидравлического прыжка ᶩ2, см | Длина гидравлического прыжка ᶩП =ᶩ2-ᶩ1, см | Длина гидравлического прыжка по эмпирической зависимости ᶩП эмп, см |
| 37 | 22,27 |
1) 
2) 
3) 
4) 
5) 
Выводы:
1) Экспериментально сопряженные глубины примерно равны расчетным.
Экспериментальные: Расчетные глубины:
h’= 1,2 см h’= 1,21 см
h’= 5,3 см h’= 5,32 см
2) Так как h’=hc , a h’’> hб , 5,3 >1,21 см, то прыжок отогнанный.
3) Экспериментальная длина гидравлического прыжка ln = 37 см.
Расчетная длина, определенная по одной из эмпирических формул:
ln = 22,27 см. Расчетная длина получилась меньше, чем экспериментальная.
Лабораторная работа №2.
Исследование работы водослива с тонкой стенкой.
Основные понятия
Водосливом с тонкой стенкой называется такой водослив, при переливе потока через который имеет место полный отрыв транзитной струи от верховой грани водослива. Это условие удовлетворяется при относительной толщине стенки d/H< 0,5 (рис.2.1). От давления под струей зависит тип переливающейся через гребень струи и пропускная способность водослива. Различают свободную, отжатую, подтопленную снизу и прилипшую струю. Водосливы бывают неподтопленными (свободными) и подтопленными, а также плоскими ( т.е. не имеющими бокового сжатия), или пространственными (в которых присутствует боковое сжатие).
|
|
|
Расход при переливе через свободный водослив при отсутствии бокового сжатия определяется по формуле:
,
где m - коэффициент расхода, в - ширина водослива, 
- гидродинамический напор перед ним, Н - статический напор, - скорость подхода в сечении 1-1.
Так как мало, принимают 
Подтопление и боковое сжатие водослива учитывается коэффициентом подтопления 
и бокового сжатия 
соответственно в зависимости от степени подтопления и планового стеснения водослива. Тогда формула (2.1) при подтоплении принимает вид:
где mn =δnm.
В случае бокового сжатия:
Цель работы:
Исследование работы прямоугольного водослива с тонкой стенкой при различных типах струй; рассмотрение влияния подтопления на пропускную способность водослива; определение опытным путем коэффициентов расхода водослива при различных условиях его работы.
|
|
|
Экспериментальная установка:
Прямоугольный водослив 5 высотой Р = 25 см, имеющий острую кромку, установлен в прозрачном лотке прямоугольного сечения постоянной ширины в = 25 см (рис.2.1). Вода в лотке подводится по трубе 2, оборудованной задвижкой 1. Уровень в нижнем бьефе регулируется спицевым затвором 6, находящимся в выходном сечении лотка. Напор на водосливе измеряется по шкале 4, установленной в начальном сечении входного участка водослива, т.е. участка с резко изменяющимся движением перед водосливом. Расход воды определяется с помощью треугольного водослива-водомера 7, помещенного в отводящем лотке.
Рис. 2. Схема экспериментальной установки: 1 – задвижка; 2 – труба; 3 – решетка; 4 – шкала;5 – изучаемый водослив; 6 – спицевый затвор; 7 – мерный водослив; 8 – пьезометр; 9 – мерная игла
Таблица 2.1 Определение расхода воды
| Отметка | Напор перед мерным водосливом | Расход Q , см3/с | |
| Свободной пов. водослива | Нуля мерного водослива | ||
| 28,7 | 18,22 | 10,48 | 4977 |
Таблица 2.2 Определение коэффициентов расхода водослива
| Условия опыта | Статический напор Н, см | Коэффициент расхода m или mn |
| Прилипшая струя | 3,8 | 0,606 |
| Свободная струя | 4,3 | 0,504 |
| Подтопление водослива | 4,8 | 0,427 |
1) 
2) Определим коэффициент расхода
а) 
б) свободная среда:
в) подтопленный водослив:
Выводы: Мы исследовали работу прямоугольного водослива с тонкой стенкой при различных типах струи. Опытным путем определили коэффициенты расхода. У прилипшей струи коэффициент расхода m больше, чем у свободной струи. mподт.=0,606
У подтопленного водослива коэффициент m меньше , чем у свободной струи mподт.=0,427
Рассмотрели влияние подтопления на пропускную способность водослива. Пропускная способность прямоугольного водослива с тонкой стенкой определяется по формуле
и зависит от коэффициента расхода.
Так как коэффициент расхода у подтопленного водослива меньше, чем у свободного, то подтопление уменьшает пропускную способность водослива.
Лабораторная работа № 3
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1174; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!