Практикум по гидравлике открытых русел на портативной (стр. 2 из 4)
РАБОТА 2. ИЗУЧЕНИЕ ВОДОСЛИВА С ШИРОКИМ ПОРОГОМ
Цель работы. Изучение картины протекания воды через водосливы с широким порогом, определение коэффициента расхода, построение кривой свободной поверхности и сравнение результатов опыта со справочной информацией.
2.1. Общие сведения
Водосливом с широким порогом называют водослив, у которого толщина стенки (длина горизонтального порога) δ>2H, где Н – геометрический напор. Такие водосливы наиболее часто применяют в гидротехнической практике для водозаборных и водосборных сооружений. Типичные схемы водослива с широким порогом приведены на рис. 2.1, к-к – линия критических глубин.
Форма свободной поверхности потока на водосливе с широким порогом зависит в основном от величины δ/Н.
Для короткого водослива (рис.2.1, а) устанавливается кривая спада с непрерывным понижением глубины. Для нормального водослива (рис. 2.1, б) наблюдается кривая спада до сжатого сечения – hc, затем следует кривая подпора до глубины h, которая меньше или равна критической hк. При дальнейшем увеличении относительной длины порога происходит переход от бурного потока через гидравлический прыжок к спокойному течению. На рис. 2.1, в приведена схема потока с гидравлическим прыжком в сжатом сечении на пороге длинного водослива.
На рис. 2.1, г изображена схема подтопленного водослива. Условие подтопления обычно записывают в виде hп>0.8H.
 | ||
 | ||
Рис. 2.1. Водосливы с широким порогом
Как указывалось выше, расход воды через неподтопленный водослив любого типа определяется формулой
, (2.1)где m – коэффициент расхода; b – ширина водослива (лотка); g – ускорение свободного падения; Но– полный напор перед водосливом.
В инженерной практике коэффициент расхода водослива с широким порогом определяется по формуле Смыслова:
. (2.2)Критическая глубина вычисляется по формуле:
. (2.3)2.2. Порядок выполнения работы
Работа выполняется на устройстве № 5 (изображение а рисунка введения).
1. Установить устройство на стол так, чтобы водослив с широким порогом оказался вверху, и подождать, пока жидкость перетечёт в нижний бак.
2. Перевернуть устройство в вертикальной плоскости.
3. Наблюдать картину течения жидкости через водослив с широким порогом, наклоняя устройство то влево, то вправо.
4. Повторить операции по п.п. 1,2 и замерить геометрический напор Н (см. рис. 2.1) и время t изменения уровня в баке со шкалой на произвольно выбранную величину S.
5. Замерить высоту Р и толщину δ водослива; размеры горизонтального сечения бака А, В и ширина водослива b указаны на корпусе устройства.
6. Результаты измерений занести в табл. 2.1, сделать вычисления и сравнить опытное и расчётное значения коэффициента расхода.
7. Повторить наблюдения за истечением через водослив с широким порогом, в ходе которого снять отметки поверхности (глубины) воды вдоль водослива и занести их в табл. 2.2.
8. По результатам замеров изобразить в масштабе водослив с широким порогом и кривую свободной поверхности с нанесением линии критических глубин, сравнить её с кривыми на рис. 2.1.
Таблица 2.1
| № п/п | Наименование величин | Обозначение, формулы | Значения величин |
| 1 | Высота водослива, см | Р | |
| 2 | Толщина водослива, см | δ | |
| 3 | Геометрический напор, см | Н | |
| 4 | Изменение уровня воды в баке, см | S | |
| 5 | Время наблюдения за уровнем, с | t | |
| 6 | Расход воды, см3/с | Q=ABS/t | |
| 7 | Критическая глубина, см | | |
| 8 | Скорость потока до водослива, см/с | V=Q/(B(H+P)) | |
| 9 | Полный напор, см | | |
| 10 | Коэффициент расхода опытный | | |
| 11 | Коэффициент расхода расчётный | |
Примечание. Размеры сечения бака: А= … см, В= … см; ширина водослива b = … см; коэффициент Кориолиса α = 1.1; ускорение свободного падения g = 981 см/с2 .
Таблица 2.2
| № сечения | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Отметка, см |
РАБОТА 3. ИЗУЧЕНИЕ ВОДОСЛИВА ПРАКТИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ
Цель работы. Изучение картины протекания воды через водослив практического профиля, экспериментальное определение коэффициента расхода и сравнение его со справочным.
3.1. Общие сведения
Водосливы, отличные от водосливов с тонкой стенкой и с широким порогом, называются водосливами практического профиля. Толщина их стенки обычно лежит в пределах δ=(0.5…2 )Н.
Водосливы практического профиля могут быть с полигональным (прямоугольным, трапецеидальным) и криволинейным (безвакуумные, вакуумные) очертаниями. Водосливы полигонального очертания применяются как водопропускные сооружения при малых расходах воды и как гасители энергии. Водосливы криволинейного очертания служат водосливными плотинами в гидроузлах.
Безвакуумные водосливы (рис. 3.1) имеют вертикальную (верховую) напорную грань, а сливная (низовая) грань очерчена по форме нижней поверхности струи, переливающейся через неподтопленный водослив с тонкой стенкой. Очертание такого водослива строится по опытным данным Кригера – Офицерова и обеспечивает его плавное обтекание и атмосферное давление под струёй. Коэффициент расхода такого водослива m=0.48…0.51, что существенно больше, чем для водослива с тонкой стенкой и с широким порогом.
Если сливная поверхность срезана (на рис. 3.1 показана пунктиром), то под струёй устанавливается давление ниже атмосферного, а водослив называется вакуумным и коэффициент расхода увеличивается до m=0.54…0.57.
Условия подтопления водосливов практического профиля те же, что и для водосливов с тонкой стенкой.
 |
Рис. 3.1. Водослив практического профиля
3.2. Порядок выполнения работы
Работа выполняется на устройстве № 6 (изображение б рисунка введения).
1. Установить устройство на стол так, чтобы водосливы практического профиля находились вверху (изображение б рисунка введения) и подождать, пока вся жидкость перетечёт в нижний бак.
2. Перевернуть устройство в вертикальной плоскости.
3. Наблюдать картину течения воды через водосливы практического профиля с криволинейным 12 и с полигональным 13 очертаниями, а также процесс гашения кинетической энергии водосливом 13, играющим роль водобойной стенки.
4. Повторить действия по п. п. 1,2 и замерить геометрический напор Н (см. рис. 3.1) и время t изменения уровня в баке со шкалой на произвольно выбранную величину S.
5. Замерить высоту водослива P; размеры сечения бака А, Б и ширина водослива b указаны на корпусе устройства.
6. Результаты измерений занести в табл. 3.1, сделать вычисления и сравнить опытное и справочное значения коэффициентов расхода.