3.Порядок выполнения работы

1. Записать в тетрадь название работы и задание.

2. Изучить основы теории.

3. Зарисовать схему экспериментальной установки (рис.2).

4. Записать формулы 1-4 и расшифровать их.

5. Зарисовать табл.1 и приступить к выполнению эксперимента.

6. Измерить диаметр отверстия, наполнить банку водой доверху.

7. Погрузить нижний срез вертикальной трубки на 20-30 мм ниже свободной поверхности. Подставить к расходному отверстию емкость для сбора воды. Подготовить секундомер и линейку.

3.8. Открыть доступ воздуха в вертикальную трубку. В момент появления непрерывной струи включить секундомер. При приближении свободной поверхности к нижнему срезу перекрыть вертикальную трубку.

В момент обрыва струи выключить секундомер.

Предупреждение: не допускать опускания свободной поверхности ниже среза вертикальной трубки!

3.9. Измерить от общей базы ординаты Z₁ и Z₂, объем вытекшей воды W, результаты замера занести в табл.1.

3.10. Повторить п. п. 3.7-3.9 6 раз. Всего должно быть выполнено 7 замеров. Если понадобится, долить воды в банку

11. Произвести вычисление параметров потока по формулам 1-4 результаты занести в табл.1.

3.12. Построить график зависимости μ=ƒ(R_е).

Таблица 1

№ п.п	d мм	Z1-Z2 м	t c	W м3	Qф м3/с	Vт м/с	Qт м3/с	μ	Rе

4.Контрольные вопросы.

4.1. Какое устройство называется насадком?

4.2. Почему коэффициент расхода в насадке больше, чем в отверстии?

Лабораторная работа № 8 Экспериментальное определение параметров безнапорного потока

1. Задание

1.1 Экспериментально определить коэффициент Шези С и расходную характеристику канала К.

1.2 Построить графики зависимости С(R_е) и К(R_е)

2. Основы теории

Безнапорным потоком называется поток со свободной поверхностью. Если провести сечение потока перпендикулярно к векторам скорости, то граница сечения будет составлять его геометрический периметр А_г, а часть границы, контактирующая с твердыми стенками – смоченный периметр А_см. Оставшаяся часть границы приходится на свободную поверхность.

Отличительным признаком безнапорного потока является соотношение

А_см<А_г.

Геометрическими характеристиками безнапорного потока являются:

площадь живого сечения S, смоченный периметр А_см, гидравлический радиус R_г=S/А_см и гидравлический уклон i – отношение разности нивелирных высот двух сечений к расстоянию между этими сечениями.

Рассматривается равномерное движение жидкости в открытом русле. Схема такого потока показана на рис.1.

Рис.1

При равномерном движении жидкости линия свободной поверхности параллельна линии дна канала, а уклон этой поверхности будет равен уклону дна.

Составим уравнение Бернулли для двух сечений указанного на рис.1 потока. Плоскостью сравнения выбираем линию 0-0.

, (1)

где и - высоты центров тяжести сечений над плоскостью сравнения;

Р₁ и Р₂- давления в центрах тяжести сечений;

h_1-2- потери напора на длине L участка потока.

Поскольку движение жидкости в потоке равномерное, то

. (2)

Кроме того

Р₁=Р_атм+ и Р₂=Р_атм+ , (3)

где h₁ и h₂ –глубины погружения центров тяжести сечений.

Учитывая выражения 2 и 3 уравнение 1 можно записать в виде

,

или

Z₁ – Z₂ = h_1-2, (4)

где Z₁ и Z₂ – расстояния от плоскости сравнения до свободной поверхности жидкости в сечениях 1-1 и 2-2.

Представим потери напора в виде

h_1-2= , (5)

где С– коэффициент Шези, а – гидравлический радиус.

Тогда уравнение 4 можно записать в виде

.

Отсюда

, (6)

где - уклон свободной поверхности потока или дна канала.

Выражение 6 является формулой Шези.

Для безнапорного движения в доквадратичной области турбулентного режима (какой наблюдается в условиях данного эксперимента) коэффициент Шези можно определить по формуле

(7)

где λ — коэффициент гидравлического трения, определяется по формулам табл.1 лабораторной работы № 5.

Расход жидкости в канале определяется по формуле

, (8)

или

. (9)

где К — расходная характеристика или пропускная способность канала.

. (10)

Коэффициент Шези можно выразить через расход жидкости

. (11)

Число Рейнольдса (12)