1.2 Описание экспериментальной установки

Работа проводится в гидравлическом лотке с горизонтальным дном.

В лотке устанавливается модель водослива практического профиля криволинейного очертания.

Вид модели приведен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Водослив практического профиля

Для измерения расхода воды, поступающей в лоток, в его головной части установлен треугольный водослив.

Отметки уровней воды, а также гребня водослива и дна лотка измеряются при помощи мерной иглы (шпиценмасштаба).

1.3 Порядок выполнения работы и обработка опытных данных

Как видно из формул (1.1) и (1.2), для определения коэффициента расхода водослива необходимо установить величины расхода Q и напора на водосливе H.

Искомый расход в силу неразрывности движения будет равен расходу воды, поступающей в лоток. Измерение этого расхода производится при помощи треугольного водослива, для чего необходимо определить напор на треугольном водосливе Н_Δ (рис. 1.2) с помощью пьезометра.

Рис. 1.2. Треугольный водослив

Пользуясь тарировочной кривой Q=f(Н_Δ) (рис. 1.3), находим расход.

Напор на водосливе практического профиля берется как разность отметок и , т. е.:

,

где — отметка воды на подходе к водосливу;

— отметка гребня водослива.

Принимая во внимание то, что ширина водослива b и его высота Р заданы, вычисляем скорость подхода и напор, исправленный на скорость подхода, Н₀.

После этого по формуле (1.2) вычисляется величина коэффициента расхода т_оп.

Опыты выполняются при 1÷3 различных расходах воды. Коэффициент расхода определяется для каждого из этих расходов.

Рис. 1.3. Тарировочная кривая треугольного водослива

Величина т_спр находится по гидравлическому справочнику¹, т_спр=0,45…0,48.

Относительная погрешность опытов определяется по формуле:

.

Результаты опытов и данные их обработки заносятся в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Сводная таблица результатов лабораторных опытов по определению коэффициента расхода водослива практического профиля

№ п/п	НΔ, см	Q, смз/с	, см	, см	H, см	Коэфф. расхода		δ, %
						топ	тспр

1.4 Выводы

В выводах по работе следует привести сравнения опытных и справочных данных и объяснить причины их расхождения, обратив внимание на погрешности, возникавшие при измерениях расхода и напора на водосливе.

Лабораторная работа № 2 сопряжение бьефов

2.1 Основные сведения из теории

Сопряжением бьефов называется режим слияния ниспадающего с водослива потока воды с нижним бьефом. Вид сопряжения бьефов обусловлен, в первую очередь, пропускаемым через водослив расходом воды, определяющим бытовую глубину в нижнем бьефе.

При переливе потока через водослив переход его от бурного состояния (с глубиной менее критической) к спокойному (с глубиной более критической) при уклоне отводящего канала i < i_кр или i = 0 осуществляется гидравлическим прыжком.

Струя, переливающаяся через водослив, имеет наименьшую толщину вблизи подошвы водослива. Сечение, соответствующее этой величине, называется сжатым, а толщина струи в этом сечении называется сжатой глубиной h_сж.

В зависимости от соотношения между глубиной h", сопряженной со сжатой h_сж, и бытовой глубиной нижнего бьефа h_б (глубина воды, которая устанавливается в нижнем бьефе в его естественном состоянии при пропуске заданного расхода) различают следующие виды сопряжения бьефов.

1. Отогнанный прыжок. Если глубина h", сопряженная со сжатой глубиной h_сж, образующейся у подошвы водослива, оказывается больше, чем бытовая глубина в нижнем бьефе h_б, то происходит отгон прыжка (рис. 2.1).

В этом случае сопряжение переливающейся струи с нижним бьефом осуществляется посредством кривой подпора и прыжка.

Прыжок, образующийся в этом случае, носит название отогнанного и является нежелательным, т. к. на участке кривой подпора и прыжка возникают большие скорости, опасные для прочности и устойчивости сооружения.

Рис. 2.1. Отогнанный прыжок

В гидротехнической практике стараются избежать этого вида сопряжения бьефов.

2. Надвинутый прыжок. В случае, если глубина h", сопряженная со сжатой глубиной h_сж, равна бытовой глубине h_б, то прыжок начинается непосредственно в сечении со сжатой глубиной.

Этот вид сопряжения называется надвинутым прыжком (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Надвинутый прыжок

Он, хотя и менее опасен для гидротехнических сооружений, однако, является неустойчивым, и при небольших изменениях расхода может перейти в отогнанный или затопленный прыжок.

3. Затопленный прыжок. Если глубина h", сопряженная со сжатой глубиной h_сж, меньше бытовой глубины h_б, то прыжок вплотную придвигается к водосливу и затапливает сечение со сжатой глубиной h_сж. Этот вид сопряжения бьефов называется затопленным прыжком и является наиболее безопасным для гидротехнических сооружений (рис. 2.3). Именно поэтому при проектировании водосливных плотин стараются получить этот вид сопряжения.

Рис. 2.3. Затопленный прыжок

Гидравлический лоток, в котором установлена модель водослива, представляет собой русло прямоугольного сечения, поэтому для определения сопряженных глубин прыжка могут быть использованы следующие формулы:

,	2.1
,
,
,

где — удельный расход;

— коэффициент кинетической энергии, =1,0;

— напор на гребне водослива с учетом скоростного напора;

— высота водослива;

— критическая глубина;

— ширина водослива;

— расход воды, переливающийся через водослив;

— скоростной коэффициент, =0,95.