Исследование сопряжения бьефов при устройстве плотин

1. Цель работы

Изучить формы водного потока при сопряжении бьефов. Ис­следовать при каких соотношениях глубин h_c" и h_б, происходит та или иная форма сопряжения бьефов.

2. Общие сведения

В зависимости от схемы сброса воды через гидротехнические сооружения и гидравлических элементов потока в отводящем русле устанавливаются следующие основные типы сопряжения бьефов: со­пряжение по типу донного режима, когда поступательное движение транзитного потока сосредоточено по дну (рисунки 7.1, 7.2 и 7.3); со­пряжение по типу поверхностного режима, при котором образуется поверхностный гидравлический прыжок и наибольшие скорости по­ступательного движения наблюдаются в близи свободной поверхно­сти. В данной работе исследуется сопряжение бьефов по типу донного режима при h_б > h_Kp. Форма сопряжения бьефов устанавливается в зависимости от соотношения глубин: сопряженной h_c" и бытовой h_б. При сравнении h_c"с реальной существующей бытовой глубиной h_б, возможны три случая. При равенстве глубин h_c" = h_б устанавли­вается сопряжение по типу надвинутого прыжка (рисунок 7.1); при соотношении h_c "> h_б - сопряжение по типу отогнанного прыжка (ри­сунок 7.2); при h_c"< h_б - сопряжение по типу затопленного гидрав­лического прыжка (рисунок 7.3).

При известной глубине в сжатом сечении сопряженная ей глу­бина h_c" в прямоугольном русле определяется по формуле (7.5). Глубина в сжатом сечении h_c в прямоугольном русле определяется по методу И.И. Агроскина или способом подбора из уравнения

(7.1)

где - удельный расход, м³/с*м;

ϕ - коэффициент скорости (для водосливов плавных форм с гладкой сливной поверхностью ϕ = 0,95....1);

- глубина в сжатом сечении, м;

- полная удельная энергия в верхнем бьефе относительно дна нижнего бьефа, м.

Полная удельная энергия находится по формуле:

(7.1)

где - высота сооружения со стороны НБ, м;

- напор на сооружении, м;

- скорость подхода к сооружению, м/с.

3.ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

С описанием работы опытной установки можно ознакомиться в лабораторной работе № 1. Схема установки приведена на рисунке 1.1.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

С помощью винтового устройства 9 устанавливается такой ук­лон дна лотка, при котором наблюдается спокойное состояние потока в отводящей части лотка 6, т.е. h_б > h_Kp. В этом случае переход потока от сжатой глубины h_c к бытовой глубине h_б будет осуществляться с помощью гидравлического прыжка. Для уменьшения длины отгона гидравлического прыжка в паз 7 лотка 6 устанавливается плоский за­твор. При помощи плоского затвора в пазе 7 производится изменение бытовой глубины потока в отводящей части лотка 6.

При этом демонстрируются три формы донного режима со­пряжения бьефов. С помощью шпиценмасштаба для первой формы сопряжения (рисунок 7.1) определяются отметки уровней воды и дна в сечениях" с-с, 1-1, 2-2, а также уровня ВБ и гребня сооружения. Для остальных форм сопряжения (рисунки 7.2 и 7.3) - отметки уровня и дна в сечениях 2-2. Расход определяется объемным способом. Резуль­таты измерений заносятся в таблицу 7.1.

Рисунок 7.1 - Сопряжение с надвинутым гидравлическим прыжком (h_c" = h_б)

Рисунок 7.2 - Сопряжение с отогнанным гидравлическим прыжком (h_c" > h_б)

Рисунок 7.3 - Сопряжение с затопленным гидравлическим прыжком (h_c" < h_б)

5. ПОРЯДОК ВЫЧИСЛЕНИЯ

1. Определяются высоты сооружения и :

2. Вычисляется напор на сооружении

3. Находится напор с учетом скорости подхода

(7.3)

где

4. Определяется полная удельная энергия в верхнем бьефе относительного дна нижнего бьефа по формуле (7.1).

5. Способом подбора из уравнения (7.1) вычисляется сжатая глубина h_c. пример расчета сжатой глубины приводится на с.212 и 213 в «Сборнике задач по гидравлике» под ред. В.А. Большакова, Киев, 1979 г.

6. Находится критическая глубина

, (7.4)

7. Из формулы (7.5) определяется сопряженная глубина

(7.5)

Таблица 7.1 - Результаты измерений и вычислений

Наименование		Формы сопряжения
		с надвинутым прыжком	с отогнанным прыжком	с затопленным прыжком
Отметки уровней воды 𝜵УВБ, м
𝜵С, м
𝜵1, м
𝜵2, м
Отметки дна 𝜵дно, м
𝜵Дс, м
𝜵Д1, м
𝜵Д2, м
Отметка гребня сооружения 𝜵порог, м
Высота Р1, м
Высота Р, м
Напор Н, м
Напор Н0, м
Полная удельная энергия Е0, м
Глубина в сжатом сечении, м	(расчетная)
	(расчетная)
Критическая глубина , м
Сопряженная глубина, м	(расчетная)
	(расчетная)
Бытовая глубина hб, м
Соотношение глубин и hб, м
Форма сопряжения

8. Определяется бытовая глубина для каждой формы сопряжения

9. Определяются опытные глубины и сравниваются с расчетными

10. Сравнивается сопряженная глубина с бытовой глубиной h_б для каждой формы сопряжения. Результаты заносятся в таблицу 7.1.

11. По результатам опыта и вычислений делается вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8