Лабораторная работа № 8 построение гидравлической характеристики модели судоходного шлюза

8.1 Основные сведения из теории

Гидравлической характеристикой шлюза называют графики, изображающие изменения напора, расхода воды в водопроводных галереях (или в отверстиях), глубины воды в камере, давления за затворами и других гидравлических параметров в зависимости от времени.

Эти характеристики могут быть получены как расчетным, так и опытным путем.

Задачей настоящей лабораторной работы является построение гидравлической характеристики модели шлюза по опытным данным.

Расход воды, поступающей через систему наполнения в камеру шлюза, без учета сил инерции вычисляется по формуле:

(8.1)

где — коэффициент расхода системы наполнения в момент времени t;

— площадь поперечного сечения водопроводных галерей или отверстий;

— напор в момент времени t.

Пользуясь этой зависимостью и определяя опытным путем на модели шлюза график изменения напора во времени h=f(t), можно построить характеристики Q = f(t), μ = f(t), h_к = f(t), где h_к — глубина воды в камере.

Построением этих четырех характеристик мы и ограничиваемся в данной работе.

8.2 Описание экспериментальной установки

Опытная установка (рис. 8.1) представляет собой модель одного из существующих шлюзов, выполненную в определенном линейном масштабе. Модель состоит из камеры, подводящего и отводящего каналов. Наполнение камеры может производиться поднятием плоских подъемно-опускных ворот. Установка оборудована электронным уровнемером, фиксирующим график изменения глубины воды в камере в процессе ее наполнения h_к=f(t).

Рис. 8.1. Схема модели шлюза

8.3 Порядок выполнения работы и обработка опытных данных

Опыт состоит в наполнении камеры от начальной глубины h₀ до глубины, соответствующей уровню верхнего бьефа, и фиксации при этом указанных выше величин, характеризующих процесс. Снятие информации с уровнемера происходит автоматически информационно-измерительным комплексом на базе персонального компьютера. Накопленная информация может быть просмотрена на дисплее или распечатана.

Выходными данными являются графики в формате *.bmp и таблица в формате *.csv. Преимущество табличной формы заключается в удобстве обработки полученных данных в программе MS Excel. Пример кривой h_к=f(t), полученной обработкой опытных данных в программе MS Excel, представлен на рис. 8.2.

hк, мм
	t, с

Рис. 8.2. Вид кривой h_к=f(t)

Для получения остальных характеристик воспользуемся следующим графоаналитическим приемом.

Разобьем время Т на некоторое число промежутков Δt. Определим графически средние значения напоров h для этих промежутков времени и Δh, т. е. изменение напоров на соответствующих промежутках времени Δt (рис. 8.3).

hк, мм
	t, с

Рис. 8.3. Схема к построению гидравлической характеристики шлюза

Тогда отношение будет представлять собой среднюю скорость подъема воды в камере С за данный промежуток времени Δt. Умножая С на площадь Ω, получаем среднюю величину расхода, поступающего в камеру за данный промежуток времени Δt:

,

(8.2)

причем

,

где и соответственно ширина и длина камеры шлюза.

Определяя для каждого промежутка времени расход по формуле (8.2), мы можем построить характеристику Q=f(t). Для построения характеристики μ=f(t) перепишем формулу (8.1) в следующем виде:

или

,

(8.3)

где — постоянная величина равная:

.

Из формулы (8.3) видно, что имея для каждого промежутка времени Δt значения Q и h, можно получить кривую .

Наконец, кривая изменения напора воды на камеру h=f(t), представляющая собой перевернутую кривую h_к=f(t), может быть получена из выражения:

где H — начальный напор на камеру.

Результаты опытов и данные их обработки сводятся в табл. 8.1.

По данным таблицы строятся гидравлические характеристики модели шлюза, включающие в себя кривые , , и . Примерный вид этих кривых приведен на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Вид гидравлической характеристики наполнения шлюза

Таблица 8.1

Сводная таблица результатов лабораторных опытов по определению гидравлических характеристики наполнения судоходного шлюза

№ п/п	t,	hк,	Δh,	h,	,	Q,	,	,	a,	μ
	с	см	см	см	см/с	см3/с	см1/2	см5/2/с	с/см5/2