Практикум по гидравлике открытых русел на портативной (стр. 4 из 4)

Напорный – затопленный режим (рис. 5.1, г). Труба работает полным сечением, а выходное сечение полностью затоплено.

Расход определяется по формуле:

, (5.6)

где h_б– бытовая глубина потока после трубы; μ₀ – коэффициент расхода, определяемый по формуле:

, (5.7)

где ξ_вых= 1.0 – коэффициент сопротивления выхода из трубы.

Остальные величины в (5.6), (5.7) аналогичны вышеописанным.

При проведении расчётов в процессе выполнения лабораторной работы следует, для упрощения вычислений, полный напор Н₀ заменить геометрическим напором Н, так как они практически не отличаются ввиду малой скорости потока перед трубой.

5.2. Порядок выполнения работы

Работа выполняется на устройстве № 7 (изображение в рисунка введения).

1. Привести устройство в исходное положение. Для этого устройство расположить так, чтобы наклоная труба находилась вверху (над горизонтальной трубой), и подождать, пока жидкость перетечёт из верхнего бака в нижний.

2. Перевернуть устройство в его плоскости, наблюдать безнапорное течение жидкости и при этом замерить напор Н перед трубой, и время t изменения уровня жидкости в баке со шкалой на величину S.

3. Результаты измерений и геометрические параметры А, В, b (указаны на корпусе устройства) занести в табл. 5.1 и по указанному в ней порядку найти расчётный напор (глубину) перед трубой и сравнить его с измеренным.

4. Перевернуть устройство, наблюдать напорное течение в трубе и замерить величины Н, h_б, S, t.

5. Результаты замеров и известные геометрические параметры занести в табл. 5.2 и по указанному в ней порядку найти расчётный напор (глубину) перед напорной трубой и сравнить его с измеренным.

Таблица 5.1

№ п/п	Наименование величин	Обозначения, формулы	Значения величин
1	Глубина перед трубой опытная, см	Н
2	Изменение уровня воды в баке	S
3	Время наблюдения за уровнем, с	t
4	Расход воды, см³/с	Q=ABS/t
5	Коэффициент расхода (справочное значение)	m
6	Глубина перед трубой расчётная, см
7	Относительное отклонение, %

Примечание. Размеры сечения бака А = … см, В = … см; ширина трубы b = … см.

Ускорение свободного падения принять равным g = 981 см/с².

Таблица 5.2

№ п/п	Наименование величин	Обозначения, формулы	Значения величин
1	Глубина перед трубой опытная, см	Н
2	Глубина после трубы, см	h_б
3	Изменение уровня в баке, см	S
4	Время наблюдения за уровнем, с	t
5	Размеры сечения бака, см	А, В
6	Размеры поперечного сечения трубы, см	а, в
7	Длина трубы, см	L
8	Гидравлический радиус, см	R=0.5ab/(a+b)
9	Коэффициент расхода
10	Глубина перед трубой расчётная, см
11	Относительное отклонение, %

Примечание. Коэффициент входа в трубу принять ξ_вх = 0.5; выхода – ξ_вых = 1.0; коэффициент трения (Дарси) λ = 0.025; ускорение свободного падения g = 981 см/с².

РАБОТА 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ШЕРОХОВАТОСТИ В КАНАЛЕ

Цель работы. Экспериментальное определение коэффициента шероховатости стенок канала прямоугольного сечения и сравнение его со справочными значениями.

6.1. Общие сведения

Безнапорное равномерное течение характеризуется наличием свободной поверхности и постоянством скорости и глубины по длине потока. Глубина при этом называется нормальной. Такое движение жидкости устанавливается при неизменности поперечного сечения, шероховатости стенок и продольного уклона канала по его длине.

При расчётах равномерного течения воды в различных каналах и трубах широко используется формула Шези:

, (6.1)

где Q – расход воды; ω – площадь живого сечения потока; С – коэффициент Шези; i – продольный уклон; χ – смоченный периметр живого сечения; R = w /c - гидравлический радиус.

Величина С зависит от формы и размеров канала, а также от шероховатости его стенок. Для вычисления коэффициента Шези предложен ряд эмпирических формул.

Наибольшее распространение получила формула Маннинга для метровых размеров:

(6.2)

для сантиметровых размеров:

, (6.3)

где 4.64 – коэффициент перевода единиц измерения; n – коэффициент шероховатости.

Если геометрические параметры выражены в сантиметрах, то из 6.1 и 6.3 получаем формулу для определения коэффициента шероховатости n:

(6.4)

На рис. 6.1 приведена схема канала, используемая для определения коэффициента шероховатости его стенок.

Рис. 6.1. Схема канала для определения коэффициента шероховатости

Продольный уклон дна канала определяется по формуле

i = Z/L,

где Z – перепад отметок в начале и в конце канала; L – длина канала. Глубину потока h, учитывая малый уклон, можно определять по вертикали, а не по нормали ко дну канала.

6.2. Порядок выполнения работы

Работа выполняется на устройстве № 7 (изображение в рисунка введения).

1. Расположить устройство в вертикальной плоскости так, чтобы наклонная труба находилась вверху (над горизонтальной трубой), и подождать, пока жидкость перетечёт из верхнего бака в нижний.

2. Перевернуть устройство в его плоскости, замерить нормальную глубину h (глубину на участке равномерного течения) (см. рис. 6.1) и величины S, t, Z, L.

3. Результаты измерений и геометрические параметры А,В, b (указаны на корпусе устройства) занести в табл. 6.1 и по указанному в ней порядку определить коэффициент шероховатости стенок канала, сравнить его со справочным значением для стеклянной стенки (обычно n = 0.010…0.012).

Таблица 6.1

№ п/п	Наименование величин	Обозначение, формулы	Значения величин
1	Нормальная глубина, см	h
2	Изменение уровня в баке, см	S
3	Время наблюдения за уровнем, с	t
4	Перепад отметок дна канала, см	Z
5	Длина канала, см	L
6	Уклон канала	i=Z/L
7	Расход жидкости, см³/с	Q=ABS/t
8	Площадь живого сечения, см²	ω=вh
9	Смоченный периметр, см	χ=в+2h
10	Гидравлический радиус, см	R=ω/χ
11	Коэффициент шероховатости опытный
12	Коэффициент шероховатости справочный	n^*

Примечание. Размеры сечения бака А = … см, В = … см; ширина канала b = … см.