Порядок выполнения работы

1. Изучить теорию по теме работы.

2. Сделать ее схематический чертеж опыта.

3. Зарисовать схемы входных участков быстротока(Рис. 5.2)

4. Запустить установку и изменяя уклон лотка обеспечить формирование условий протекания потока на быстротоке.

5. Определить величину напора на мерном водосливе.

6. Рассчитать величину расхода по формуле: где H – напор на мерном водосливе.

7. Определить уклон лотка

8. Определить расчетом критическую и нормальную глубину потока в лотке

9. Произвести замер величины глубины потока по длине лотка ( 6 точек)

10. Выполнить расчет глубин потока по методу Бехметева

11. Установить искусственную шероховатость и оценить ее влияние на глубину потока.

12. Оценить наличие аэрации потока

Содержание отчета

1. Схема опыта.

2. Краткий конспект теории вопроса.

3. Схемы протекания потока на быстротоке.

4. 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 – Поверхности потока в нулевой точке

Отметки поверхности потока в 6 контрольных точках.

График формы свободной поверхности потока

Теоретический график формы свободной поверхности потока

Глубина потока в районе искусственной шероховатости

Расчет параметра Е

Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Что называется быстротоком?

2. В чем заключается расчет входной части быстротока?

3. В чем заключается расчет лотка быстротока?

4. В чем заключается расчет выходной части быстротока?

5. По каким схемам может рассчитываться входная часть быстротока?

6. Какие конструкции применяются в выходной части быстротока?

7. Как определить размеры лотка быстротока?

8. Как изменяется глубина потока в его лотке по длине?

9. Как определить глубина потока в заданном сечении лотка быстротока?

10.Как можно увеличить глубину потока в быстротоке без изменения размеров его лотка?

11. Какие виды искусственных шероховатостей известны?

12. Что такое аэрация потока и когда она возникает?

13. Назовите критерий для определения возникновения аэрации потока?

14. Как определить глубину потока в конце быстротока?

Лабораторная работа №6

Одноступенчатый перепад

Цель работы - изучение физических процессов и методов расчета одноступенчатого перепада.

Задачи работы

• Изучении теории расчета перепадов.

• Экспериментальная проверка расчетных зависимостей.

• Изучение факторов влияющих на работу перепада.

Теоретическая часть

Одноступенчатый перепад

Одноступенчатые перепады применяются для сопряжения участков каналов в различных уровнях. Высоту одноступенчатых перепадов обычно принимают не более 2,5- 3 м, поскольку при большей высоте трудно погасить энергию потока после падения.

При большой высоте перепада применяются многоступенчатые перепады. Пример конструкции такого перепада показан на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Многоступенчатый перепад с образованием гидравлического прыжка на каждой ступени

Одноступенчатый перепад (рис.6.2) состоит из входной части, вертикальной, наклонной или криволинейной стенки падения и укрепленного начального участка нижнего бьефа (водобоя).

Расчет одноступенчатого перепада заключается в определении глубин на входном участке и на водобое, а также длины последнего. По известным глубинам определяют скорости и назначают тип укрепления стенок и дна канала.

Если поток в подводящем русле находится в спокойном состоянии, то длина входного участка со значительным спадом будет равна . Глубина в начале этого участка равна , а в конце

Если поток в отводящем русле находится в бурном состоянии, то на участке l глубина потока почти не уменьшается (в пределах 5%). При равномерном движении бурного потока глубину на входном участке можно принять равной нормальной глубине; при неравномерном движении глубину определяют из расчета для условий такого движения.

Рис.6.2 Схема одноступенчатого перепада

Если поперечное сечение русла до стенки падения имеет другую форму или большую ширину, то перед стенкой падения образуется подпор, высоту которого определяют по формулам водослива соответствующей формы.

При расчете водобоя в первую очередь определяют глубину в сжатом сечении из уравнения

(6.1)

где - удельная энергия для сечения 1-1, равная

(6.2)

Здесь - глубина в сечении ( ), которая, в зависимости от типа входного участка и продольного уклона подводящего русла, может быть меньше и равна критической глубине или равна пьезометрическому напору перед водосливом Н;

- скорость в сечении ( );

 - коэффициент Кориолиса; может быть принят   1,1;

 - коэффициент бокового сжатия, величина которого равна 0,90...95, если ширина подводящего русла больше ширины перепада;

 - коэффициент скорости, имеющий следующие значения:

0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

 0,75 0,80 0,85 0,87 0,89 0,91 0,92 0,93 0,94

Глубину сжатого сечения в общем случае определяют подбором по уравнению .

(6.3)

При бурном состоянии потока в отводящем русле участок за сжатым сечением рассчитывают по уравнениям неравномерного движения. При спокойном состоянии за сжатым сечением образуется гидравлический прыжок: при - отогнанный; при - надвинутый и при - затопленный.

Длину водобоя принимают равной

, (6.4)

где - дальность полета струи;

- длина отгона прыжка;

- длина гидравлического прыжка;

- зона успокоения потока за прыжком ( послепрыжковый участок).

Формулу (6.4) можно рассматривать как общую для любого вида сопряжения бьефов. В случае надвинутого прыжка длину отгона прыжка следует принять равной нулю.

Дальность полета струи, т.е. расстояние от стенки падения до сжатого сечения с-с, обычно определяют по уравнению

, (6.5)

где и - глубина и скорость потока на выходе со стенки падения, определяемые при расчете входной части перепада.

Если входной участок перепада прямоугольного сечения заканчивается водосливом, дальность полета струи определяется по формуле [4]

, (6.6)

где - гидродинамический напор перед водосливом;

m = 1,25 и n = 0,45 - для водосливов с тонкой стенкой;

m = 1,33 и n = 0,30 - для водослива практического профиля;

m = 1,64 и n = 0,24 - для водослива с широким порогом.

Расстояние включает не только дальность полета струи, но и некоторый участок за местом ее падения, на котором глубина падает до . Более точно

(6.7)

Длину отгона прыжка определяют по уравнениям неравномерного движения. При затопленном и надвинутом прыжке = 0.

Длину гидравлического прыжка в прямоугольном русле определяют по формуле (6.8)

При отогнанном прыжке в качестве принимают глубину в конце кривой подпора перед прыжком. При надвинутом и затопленном прыжках считают, что = , а и - ширина потока поверху при глубинах и .

Длину послепрыжкового участка принимают равной удвоенной глубине за прыжком.