Порядок выполнения работы

1. Изучить теорию по теме работы.

2. Сделать ее схематический чертеж опыта.

3. Запустить установку и изменяя уклон лотка обеспечить формирование условий протекания потока с отгоном прыжка за перепадом.

4. Определить величину напора на мерном водосливе.

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

6. Определить расчетом критическую и нормальную глубину потока в лотке

7. Произвести замер глубины на стенке падения и в сжатом сечении

8. Измерить дальность отлета струи

9. Рассчитать глубину в сжатом сечении по теоретическому уравнению.

10. Рассчитать дальность отлета струи по теоретической формуле.

11. Изменяя уклон лотка обеспечить формирование условий протекания потока с формированием прыжка за перепадом.

12. Измерить параметры прыжка и проверить теоретическим расчетом значение второй сопряженной глубины прыжка.

Содержание отчета

1. Схема опыта.

2. Краткий конспект теории перепадов.

3. Схемы протекания потока на перепаде.

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 на стенке падения : Поверхности потока в сжатом сечении

Дальность отлета струи

Результаты теоретических расчетов:

Г лубина в сжатом сечении Дальность отлета струи

Параметры гидравлического прыжка:

Первая сопряженная глубина

Вторая сопряженная глубина

Расчетное значение второй сопряженной глубины

Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое перепад?

2. Какие виды перепадов применяются в дорожной практике?

3. Нарисуйте схему одноступенчатого перепада.

4. Нарисуйте схему многоступенчатого перепада.

5. Какие конструкции применяются во входной части перепада?

6. Как рассчитать входную часть перепада?

7. Как определяется глубина потока в сжатом сечении за перепадом?

8. От каких параметров зависит глубина потока за перепадом?

9. Как определить глубину потока на стенке падения?

10. Как определить длину отлета струи на перепаде с водосливом на входной части?

11. Как определить длину отлета струи на перепаде без водослива на входной части?

12. Какие параметры влияют на форму сопряжения потока за перепадом?

13. Как определить глубину на стенке падения, если входная часть работает по схеме водослива с тонкой стенкой?

14. Как определить глубину на стенке падения, если входная часть работает по схеме водослива с широким порогом?

15. Как определить глубину на стенке падения, если входная часть работает как быстроток?

16. Какие параметры определяют значение коэффициента скорости?

Лабораторная работа №7

Водопропускная труба

Цель работы - изучение физических процессов и методов расчета водопропускных труб.

Задачи работы

• Изучение теории безнапорного режима водопропускной трубы.

• Экспериментальная проверка расчетных зависимостей.

• Изучение факторов, влияющих на работу водопропускной трубы

Теоретическая часть

Задача гидравлического расчета дорожных труб заключается в определении размеров отверстия, величины напора перед трубой и скорости на выходе из трубы.

Исходными данными для расчета трубы являются расход притекающего к ней потока, степень заполнения трубы (отношение максимальной глубины потока в трубе к высоте трубы), тип оголовка, продольный уклон трубы, глубина потока в отводящем канале и режим ее работы.

Конструкция оголовков показана на рис. 7.1.

Водопропускные трубы могут работать в одном из 3-х режимов:

- безнапорный, когда входное сечение не затоплено, и на всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность;

- полунапорный, когда входное сечение затоплено, т.е. на входе труба работает полным сечением, а на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность;

- напорный, когда входное сечение затоплено и на большей своей части труба работает полным сечением.

Рис. 7.1. Типы водопропускных труб

{а) - круглая с портальным оголовком; б) - с вертикальными стенками и коридорным оголовком; в) - прямоугольная с раструбным оголовком и обратными стенками; г) - круглая с коническим звеном и раструбным оголовком; д) - круглая безоголовочная; е) - овоидальная с воротниковым оголовком.}

Основным расчетным режимом для автодорожных водопропускных труб является безнапорный режим. Этот режим будет иметь место, если выполняется условие:

- 1,1 - для всех оголовков, кроме воротниковых и коридорных;

-  1,2 - для воротниковых оголовков; -  1,3 - для коридорных оголовков.

При превышении указанного выше соотношения труба работает в полунапорном режиме. Для реализации напорного режима необходима значительная величина подпора перед трубой и наличие специального обтекаемого оголовка.

Схема работы трубы в безнапорном режиме показана на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Расчетная схема безнапорной водопропускной трубы

По длине трубы можно выделить три характерных участка: входной, подпора и слива. В зависимости от соотношения длины трубы и ее составляющих (по условиям протекания), трубу можно рассчитывать как отверстие в тонкой стенке, как насадок, как короткую или длинную трубу:

Работу коротких и длинных труб можно описать схемой водослива с широким порогом. «Порог» образуется из-за планового сжатия потока в трубе. Пропускная способность таких труб определяется по формуле

Рис. 7.3. Коэффициент подтопления

(7.1)

где - коэффициент подтопления, определяемый по графику (рис. 7.3);

m - коэффициент расхода при совершенном сжатии потока, зависящий от типа оголовка трубы(табл.7.1)

- расчетная ширина сечения потока, определяемая для соответствующего расчетного сечения ( ).

- полный напор перед трубой, складывающийся из пьезометрического и скоростного напоров.

При несовершенном сжатии потока при входе в трубу (ширина по подпертому уровню высокой воды перед входом в трубу менее шести ее отверстий) коэффициент расхода определяют по формуле

где значение коэффициента расхода по табл. 7.1;

 - площадь поперечного сечения потока в подводящем русле;

- площадь поперечного сечения трубы, вычисленная по подпертой глубине.

ТТаблица 7.1.

Тип оголовка прямоугольной трубы	Коэф. расхода	Тип оголовка круглой трубы	Коэф. расхода
без оголовка	0,310	без оголовка	0,310
портальный с конусами	0,325	Портальный с конусами	0,310
коридорный	0,340	коридорный	0,320
раструбный: с  =10	0,360	раструбный: с  =10	0,330
раструбный: с  =20	0,360	раструбный: с  =20	0,330
раструбный: с =30- 40	0,350	раструбный: с  =30 - 40	0,330

В табл. 7.1 приведены рекомендованные ЦНИИСом значения m для уклона трубы При уклоне, отличном от 0,01, для более точного расчета значения m следует увеличивать при или уменьшать при на 2 на каждую 0,01 уклона

Глубину потока на выходе из трубы можно определить по эмпирической формуле, значения коэффициентов в которой приведены в табл. 7.2.

где: - для круглой трубы

• для прямоугольной трубы

Таблица 7.2.

Режим работы трубы	Вид трубы	k	n
Безнапорный	круглая прямоугольная	0,75 0,85	0,5 0,75
Полунапорный	круглая прямоугольная	0,70 0,64	0,333 0,25

Д ля определения средних скоростей на выходе из трубы, а также для решения других задач необходимо определять их гидравлические характеристики. Если для прямоугольных труб эти расчеты не представляют, каких либо трудностей, то для круглых труб возникают некоторые трудности вычислительного характера.

Расчетная схема для круглой трубы показана на рис.7.4.. Параметры трубы можно определить по следующим формулам:

- площадь живого сечения

• смоченный периметр

• -

  Рис.7.4. Геометрические параметры трубы

  ширина русла по свободной поверхности

• глубина потока где  - центральный угол сегмента.