ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ДОРОЖНОЙ
ВОДОПРОПУСКНОЙ ТРУБЫ РАВНИННОГО ТИПА
Основные понятия
Гидравлическая работа дорожной водопропускной трубы в общем случае определяется следующими факторами:
1.Конструктивными особенностями трубы:
а) формой входного оголовка, наличием и степенью планового сжатия потока перед трубой;
б) размерами и формой трубы, а в определенных случаях - её уклоном, шероховатостью и длиной;
в) формой выходного оголовка, наличием гасящих устройств и степенью расширения потока за трубой.
2.Параметрами потока:
а) расходом воды;
б) положением горизонта воды в нижнем бьефе.
В зависимости от сочетания этих факторов возможны следующие режимы работы:
Безнапорный режим - существует при условии, что входной оголовок не затоплен (со стороны верхнего бьефа в трубу поступает воздух) и поток в трубе движется со свободной поверхностью. При безнапорном режиме водопропускная труба работает аналогично водосливу с широким порогом. В том случае, когда длина трубы и её шероховатость не оказывают влияния на пропускную способность трубы (это наблюдается при незатопленном сечении с критической глубиной hк на входе, см.рис.4.1), она работает в гидравлическом отношении как “короткая”.
Если положение горизонта воды в нижнем бьефе оказывает влияние на пропускную способность трубы, то она считается подтопленной с нижнего бьефа, в противном случае труба неподтопленная. Подтопление “короткой” трубы наступает в момент, когда затапливается сечение с критической глубиной на входе ( D hп > 0).
|
|
|
При Н =(1,1 - 1,3)d происходит затопление входного оголовка, но поток в трубе движется со свободной поверхностью. Такой режим называется “полунапорным”.
При полунапорном режиме в момент, когда поток касается свода трубы на любом её участке (в зависимости от конструкции входного оголовка, длины и уклона трубы), происходит “зарядка” и труба начинает работать напорно, режим называется напорным.
При полунапорном и напорном режимах перед трубой периодически формируются вихревые воронки и через них в трубу попадает воздух. При полунапорном режиме это не оказывает влияния на устойчивость режима и пропускную способность трубы, поскольку давление в трубе при этом не меняется (равно атмосферному), а уменьшение расхода за счет замещения воды воздухом небольшое. Если же режим напорный, то у свода трубы вакуумметрическое давление.
Попадающий воздух снижает его (давление увеличивается) и пропускная способность трубы уменьшается. Может произойти и отрыв потока от стенок: формируется гидравлический прыжок, и если прыжок выскочит из трубы, то она разряжается и начинает работать в полунапорном режиме. Поскольку пропускная способность гладкостенных труб при полунапорном режиме ниже, чем при напорном, напор Н после срыва напорного режима возрастает.
|
|
|
Цель работы:
Исследовать работу дорожной водопропускной трубы равнинного типа в различных гидравлических режимах, наблюдать смену режимов, а также условия работы трубы в напорном режиме при попадании в неё воздуха через вихревую воронку. В результате необходимо рассчитать коэффициенты расхода для различных режимов работы трубы и зарисовать характер движения потока в трубе при этих режимах.
Экспериментальная установка
Модель круглой водопропускной трубы 3 из оргстекла диаметром d с портальным входным оголовком размещается в зеркальном лотке 2. Подаваемый расход регулируется задвижкой:1. Горизонт воды в нижнем бьефе регулируется спицами 4, установленными в конце лотка. Измерение расхода осуществляется прямоугольным водосливом с тонкой стенкой 5, установленным в отводящем русле.
Рис.5. Схема экспериментальной установки: 1 – задвижка;
2 – лоток из оргстекла; 3 – модель круглой водопропускной
|
|
|
трубы (d=0,1 м) с портальным входным оголовком;
4 – спицы; 5 – прямоугольный водослив
Методика проведения опыта и обработки опытных данных.
Увеличивая подаваемый расход с помощью задвижки 1 и регулируя положение горизонта воды в нижнем бьефе с помощью спиц 4, последовательно устанавливают безнапорный, полунапорный и напорный режимы. Расход подсчитывается по формуле:
Q = m × b Ö2g × Ho3/2 ;
где m - коэффициент расхода; b - ширина водослива (b=25 см); Н - напор над гребнем мерного прямоугольного водослива ( в метрах).
Горизонты воды в верхнем и нижнем бьефах фиксируются мерными иглами или по шкалам. Вихревые воронки, формирующиеся на модели, существенно слабее, чем в натуре, поскольку явление вихреобразования не моделируется. Для имитации прорыва воздуха в трубу через вихревую воронку при напорном режиме использовать полую трубку.
По замеренным параметрам рассчитываются коэффициенты расхода:
Безнапорный режим
Для расчета m помимо Q и Н необходимо знать величину bk, которую следует определять по графику (рис.6)
|
|
|
Рис.6. График зависимости bK/d = 
для круглой
водопропускной трубы
Полунапорный режим В расчетную формулу входит коэффициент e , принимаем его для портального входного оголовка e= 0,79.
Напорный режим : коэффициент h = 0,85.
Результаты вычислений заносят в табл.4.1.
Таблица 4.1 Измеренные и расчетные параметры при различных режимах
работы дорожной водопропускной трубы
| Режим работы | Водослив | Н | вК | m | e | mо | h | m | |||
| Н | Q | ||||||||||
| см | см | м | см3/с | см | см | - | - | - | - | - | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| Безнапорный | 30,8 | 33,8 | 3 | 2800 | 8 | 8,1 | 0,345 | - | - | - | - |
| Полунапорный | 30,8 | 36,5 | 5,7 | 6200 | 16,5 | - | - | 0,79 | 0.67 | - | - |
| Напорный | 30,8 | 39,1 | 8,3 | 11600 | 21 | - | - | - | - | 0.85 | 0,697 |
i > 0
«короткая» неподтопленная с нижнего бьефа труба
i > 0
«длинная» неподтопленная с нижнего бьефа труба
i > 0
подтопленная с нижнего бьефа труба
Рис. 7. Возможные условия работы водопропускной
трубы равнинного типа при безнапорном
режиме
i>0
полунапорный режим 
Напорный режим, неподтопленный с нижнего бьефа
Напорный режим, затопленный с нижнего бьефа
Рис.8. Условия работы и расчет пропускной способности водопропускной трубы при полунапорном и напорном режимах
Расчеты:
1.’’Короткая’’ труба неподтопленная с нижнего бьефа i>0
2. Полунапорный режим i>0
,где 
Выводы: Исследовали работу дорожной водопропускной трубы в различных режимах:
-при безнапорном режиме труба работает, как водослив с широким порогом. Входной оголовок трубы не затоплен , и поток в трубе движется со свободной поверхностью;
-полунапорная труба движется аналогично случаю истечения из-под щита. Входной оголовок затоплен и пропускная способность определяется условием движения на входном участке;
-напорный режим – режим, при котором происходит «зарядка» и труба работает напорно.
При полунапорном режиме попадание воздуха через вихревые воронки в трубу не влияет на пропускную способность.
Если при напорном режиме воздух попадает в трубу, то у свода трубы образуется вакуумметрическое давление. Давление в трубе увеличится, а пропускная способность уменьшится. Возможна разрядка трубы.
Рассчитали коэффициенты расхода для различных режимов работы:
-при безнапорном m=0,345
-при полунапорном µ0=0,67
-при напорном µ=0,697
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 659; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!