4. ВОДОПРОВОДЯЩИЕ СООРУЖЕНИЯ
4.1. Исследование истечения воды через водослив с тонкой стенкой
Цель работы:
1. Определ ть опытное значение коэффициента расхода для водослива с тонкой стенкой и сравнить его с теоретическим значением.
2. Постро ть граф к зависимости расхода воды через водослив с
тонкой стенкой от геометрического напора. |
||||
С |
|
|
||
|
3. Продемонстр ровать формирование затопленного гидравли- |
|||
ческого прыжка в н жнем ьефе водослива с тонкой стенкой. |
||||
|
Пр |
нструменты: |
||
|
- стац онарная установка лаборатории «Гидравлика и инженер- |
|||
ная |
я», предназначенная для исследования движения жид- |
|||
|
гидролог |
|||
кости в открытых руслах (рис. 29); |
||||
|
- секундомер. |
|
|
|
|
|
боры |
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
И |
|
Рис. 29. Стационарная установка для исследования движения жидкости в открытых руслах
55
Установка представляет собой прозрачный лоток прямоугольного сечения, вода в который поступает из напорного бака через накопитель, предназначенный для создания установившегося движения. Для регулирования величины напора перед водосливом система оборудована вентилем. В напорный бак вода закачивается при помощи насосной установки из открытого бассейна, расположенного в цокольной части лаборатории. В конце лотка установлен мерный бак для определен я опытного расхода объёмным путём.
Фрагмент установки с водосливом с тонкой стенкой представлен на р с. 30. Для определения геометрического напора H перед во-
досливом на боковой стенке лотка закреплена линейка. |
|
С |
|
Ш р на прямоугольного лотка b = 21 см, высота водослива |
|
P = 46 см, объём мерного |
ака W = 300 л. |
Упрощённая схема водослива с тонкой стенкой представлена на |
|
рис. 31, где ВБ – верхний |
ьеф (область перед водосливом), НБ – |
нижний
бьефб(о ласть за водосливом), hб – бытовая глубина, которая устанавл вается в н жнем ьефе сооружения.
Геометр ческ й напор, который формируется перед водосливом H можно определитьАкак расстояние по высоте от гребня водослива до свободной установившейся поверхности в верхнем бьефе.
Д И
Рис. 30. Фрагмент истечения через водослив с тонкой стенкой
56
На рис. 30 показано формирование затопленного гидравлического прыжка в нижнем бьефе водослива с тонкой стенкой.
Порядок выполнения работы:
1. Включить насосную установку, наполнить систему (напорный бак и лоток) водой, дождаться создания установившегося движения в
Сибпотоке. Рис. 31. Схема истеченияАДчерез водослив с тонкойИстенкой
2. С помощью вентиля установить геометрический напор H, указанный преподавателем, и измерить его величину по линейке, расположенной на боковой стенке лотка.
3. Секундомером определить время t наполнения мерного бака.
4. Опыт повторить 3 – 4 раза.
5. Продемонстрировать формирование затопленного гидравл - ческого прыжка в нижнем бьефе водослива с тонкой стенкой
(см. рис.30).
Опытные данные занести в табл. 12.
Обработка опытных данных
Водосливом называют перегораживающее сооружение (отверстие), через которое вода переливается.
Водослив считается с тонкой стенкой, если толщина стенки находится в пределах от 0,1H до 0,5H.
Расход через водослив с тонкой стенкой определяется по следующей формуле:
3 |
|
|
Q mb 2g H 2 |
, |
(37) |
57
где m – коэффициент расхода водослива; b – ширина водосливной стенки; g – ускорение свободного падения; H – геометрический напор перед водосливом.
Таблица 12
Опытные и расчётные данные по водосливу с тонкой стенкой
|
СибАДИ |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Показатель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
опыта |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
Qоп, |
|
|
|
|
Коэффициент расхода |
|
||||||||
|
H, см |
|
W, см |
|
t, с |
|
|
|
см3/с |
|
|
mоп |
|
|
mБ |
|
mР |
|
||||||||||
|
1 |
2 |
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
7 |
|
8 |
|
||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для определен я коэффициента расхода водослива с тонкой |
|||||||||||||||||||||||||||
|
стенкой существуют эмпирические формулы, например: |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
- формула Базена: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,003 |
|
|
|
|
H |
|
2 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
mБ |
0,405 |
|
|
|
|
|
1 |
0,55 |
|
|
|
|
|
, |
(38) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
H |
P |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
где P – высота водосливной стенки; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
- формула Ре ока: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
m |
|
0,403 0,053 |
H |
|
|
0,0007 |
. |
|
|
|
(39) |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Более глубокое представление об истечении жидкости через |
|||||||||||||||||||||||||||
|
водосливы |
можно |
получить з |
видеоролика, |
когда-то |
созданного |
||||||||||||||||||||||
студией «Леннаучфильм» на базе лаборатории гидравлики Московского института водного хозяйства им. В. Р. Вильямса. 
Для воспроизведения видео нажмите на кнопку
1. |
Определить опытное значение расхода воды Qоп объёмным |
||||
путём по формуле (15). |
|
|
|
|
|
2. |
Вычислить опытное значение коэффициента расхода mоп, ис- |
||||
пользуя формулу (37): |
|
|
|
|
|
|
mоп |
Qоп |
. |
(40) |
|
|
3 |
||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
b |
2g H 2 |
|
|
|
58