Порядок выполнения работы
Изучить теорию по теме работы.
Сделать ее схематический чертеж опыта.
Зарисовать схему протекания струи через водослив(Рис. 4.1)
Запустить установку и изменяя расход обеспечить формирование различных условий протекания потока.
Определить величину напора на мерном водосливе.
Рассчитать величину расхода по формуле: где H – напор на мерном водосливе.
Произвести замер величины глубины потока и геометрического напора перед неподтопленным водосливом.
Определить коэффициент расхода для неподтопленного водослива по формуле (4.1).
Определить теоретический коэффициент расхода для неподтопленного водослива по таблице.
Определить коэффициент расхода для подтопленного водослива по формуле (4.1).
Определить теоретический коэффициент подтопления для подтопленного водослива по таблице.
Подготовить отчет по работе
.
Содержание отчета
Схема опыта.
Краткий конспект теории вопроса.
Схемы протекания потока через водослив.
Протокол проведения опытов и расчетов по ниже приведенной форме
Ширина лотка b= 0.223 м; Напор на мерном водосливе = м; Расход потока Q= м3/с.
Отсчет по измерительному устройству:
Дно лотка – Верхняя кромка водослива - .
Поверхности потока перед водосливом:
- неподтопленной состояние
- подтопленной состояние
Поверхности потока за водосливом:
- неподтопленной состояние
- подтопленной состояние
Расчетное значение коэффициента расхода:
- неподтопленной состояние
- подтопленной состояние
Теоретическое значение коэффициента расхода
Расчетное значение коэффициента подтопления
Теоретическое значение коэффициента подтопления
Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой водослив с широким порогом?
2. Назовите условия при котором водослив является водосливом с широким порогом?
3. Нарисуйте схему водослива с широким порогом.
4. Для гидравлического расчета каких дорожных сооружений используется схема водослива с широким порогом?
5. В чем разница между подтопленным и неподтопленным водосливом?
6. Как влияет подтопление на величину напора перед водосливом?
7. Какой критерий используется для определения наличия подтопления водослива?
8. Как определить расход на водосливе с широким порогом?
9. Как рассчитать напор перед водосливом с широким порогом?
10. Чему равна глубина потока на широком пороге?
11. Как меняется схема протекания потока при изменении относительной длины водослива?
12. Что такое относительная длина порога водослива?
13. На каком участке водослива с широким порогом может появиться перепад восстановления?
14. Как объяснить появление перепада восстановления?
Лабораторная работа №5
Быстроток
Цель работы - изучение физических процессов и методов расчета быстротоков.
Задачи работы
Изучении теории быстротока.
Экспериментальная проверка расчетных зависимостей.
Изучение факторов влияющих на работу быстротока
Теоретическая часть
Быстротоком называется русло с уклоном дна более критического.
Рис. 5.1. Схема быстротока
Гидравлический расчет быстротока сводится к расчету входной части, лотка быстротока и выходного участка
Часто входной участок быстротока устраивается более узкий, чем подводящее русло. Ширину лотка часто определяют из условия гидравлически наивыгоднейшего сечения по формуле Ю.Н.Даденкова.
В этом случае расчет ее ведется по формулам водослива с широким порогом (рис.5.2а,б) или водослива практического профиля (рис.5.2в). Глубина потока перед водосливом определяется подбором из уравнения водослива
где
-скорость
подхода к водосливу);
m - коэффициент расхода соответствующего типа водослива.
Если
входная часть быстротока устраивается
такого же сечения, как и лоток быстротока,
глубина в конце входной части(на изгибе)
принимается равной критической. Если
нормальная глубина на быстротоке
то по данным В.А.Большакова глубина на
изгибе
.
Расчет лотка быстротока сводится к определению глубины в конце быстротока и построению кривой спада. Параметры кривой спада определяются по зависимостям неравномерного установившегося движения.
Рис.5.2. Типы входных участков быстротоков
Если
длина кривой спада
от глубины в начале быстротока hизг
до глубины нормальной на быстротоке
h0б
окажется меньше длины быстротока, то
быстроток называется длинным и в конце
его устанавливается нормальная глубина.
Если же
то быстроток называется коротким и в
его конце устанавливается глубина,
большая ,чем нормальная. В этом случае
глубина в конце быстротока определяется
путем построения кривой свободной
поверхности от начального сечения до
сечения, находящегося на расстоянии
от начала.
При больших скоростях поток на быстротоке аэрируется и «разбухает», что приводит к увеличению глубины.
Аэрация
возникает на быстротоке при
,
где
-
критерий Фруда, равный
.
Величина Е
зависит
от отношения
0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10
E 33,9 29,4 25,4 22,0 18,9 16,3 14,0 11,7 10,3
Приближенно, по рекомендациям А. А. Ничипоровича, увеличение глубины на быстротоке также может быть учтено условным увеличением коэффициента шероховатости аэрированного потока по формуле
,
где п — коэффициент шероховатости неаэрированного потока;
а — коэффициент аэрации, принимаемый в зависимости от уклона по следующим данным:
i<0,1 0,1- 0,2 0,2—0,4 0,4—0,5
а 1 1,33 1,33 - 2 2—3,33
С целью уменьшения скорости течения в лотке быстротока и улучшения условий сопряжения бъефов применяют искусственную шероховатость в виде брусков, зубьев и шашек (Рис. 5.3)
Рис. 5.3. Виды и параметры искусственных шероховатостей
Для прямоугольных русел быстротоков с искусственной шероховатостью в виде брусков коэффициент Шези можно определить по формуле
где
Учет аэрации потока, также вопросы применения в лотке повышенной шероховатости рассмотрены в специальной литературе.
Быстроток сопрягается обычно с участком канала, уклон которого меньше критического. На этом участке возникает гидравлический прыжок. Местоположение этого прыжка зависит от уклона отводящего канала. Для уменьшения длины сопрягающего участка на выходе из быстротока устраивают водобойное сооружение (колодец или стенка).
При отсутствии водобойного сооружения местоположение гидравлического прыжка устанавливается как в случае резкого изменения уклона дна канала.