Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспериментальные учебные исследования по гидравлике и гидрологии. Учебно-методическое пособие
.pdf
столбу жидкости Н, измеряемому с помощью дифманометра
6, и зависит от расхода воды, проходящей через диафрагму.
Рисунок 8. Схема установки для определения коэффициента
шероховатости стенок канала
Зависимость между расходом воды и величиной Н
получена опытным путем и представлена в виде формулы
= 2, л/с.
Вода, прошедшая по каналу, поступает по трубе 8 в
подземный резервуар, откуда перекачивается насосом в
напорный бак с тем, чтобы снова поступить в канал.
Опыт проводится следующим образом. В канале с
постоянным уклоном с помощью мерной иглы измеряют
отметки дна в трех сечениях: в начале канала
канала 2′′ и в середине
. При этом измерение в середине
2
′, в конце
2
канала производится последним. Положение тележки перед
измерением фиксируют запорным винтом, и она больше не
передвигается, чтобы последующее измерение отметки
свободной поверхности воды
производилось строго в этом
1
же сечении. Далее определяют расстояние между крайними
31
сечениями, в которых измерялись отметки дна. Измеряют
ширину канала b. Затем открывают задвижку на трубе 4,
чтобы вода поступала в канал. Последующие измерения
следует производить через 2 – 3 минуты после открытия
задвижки. Это время необходимо для того, чтобы движение
водного потока во всей системе стало установившимся. После
того, как движение установилось, с помощью мерной иглы
измеряют отметку свободной поверхности воды в середине
канала
. Также измеряют высоту столба жидкости в
1
дифманометре Н как разность показаний в левой и правой
трубках прибора.
Движение воды в гидравлическом лотке после
проведения первого опыта не прерывают. Поэтому начинают
второй опыт с изменения значения расхода воды в канале с
помощью задвижки на трубе 4. После того, как движение
жидкости стало установившимся, можно приступать к
последующим измерениям. С помощью мерной иглы вновь
измеряют отметку свободной поверхности
в середине
1
канала в том же сечении, где было зафиксировано положение
тележки запорным винтом при выполнении первого опыта.
Также измеряют высоту столба жидкости в дифманометре Н.
Обработка и обобщение опытных данных
Для определения коэффициента шероховатости
бетонного канала последовательно вычисляют:
- расход воды в канале
, см3/с;
- глубину воды ℎ в канале
ℎ = 1 −
;
2
32
- смоченный периметр для русла прямоугольной формы
= b+2ℎ ;
- площадь живого сечения для русла прямоугольной
формы
;
- гидравлический радиус
;
- продольный уклон
в канале с постоянным уклоном дна
;
- среднюю скорость потока
;
- коэффициент Шези находят из формулы А. Шези
,
;
- значение коэффициента шероховатости русла определяют
по табл. 3 при найденных значениях гидравлического радиуса
0,5
, м и коэффициента Шези , м
/с
. Таблица 3
предусматривает использование метода интерполяции при
необходимости;
33
Значения коэффициента Шези
Коэффициент шероховатости n
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,04
0,05
0,08
0,01
63,36
35,44
23,18
16,62
12,64
8,14
5,70
2,42
0,02
68,35
39,27
26,14
18,98
14,58
9,61
6,82
3,11
0,03
71,86
41,67
28,05
20,54
15,88
10,52
7,58
3,59
0,04
73,55
43,44
29,49
21,73
16,88
11,27
8,18
3,77
0,05
75,27
44,85
30,65
22,70
17,70
11,90
8,69
4,30
0,06
76,68
46,03
31,63
23,52
18,41
12,44
9,13
4,58
0,07
77,89
47.07
32,48
24,24
19,03
12,92
9,52
4,84
0,08
78,95
47,93
33,23
24,88
19,59
13,36
9,87
5,07
0,09
79,88
48,72
33,90
25,42
20,10
13,75
10,20
5,28
0,10
80,72
49,44
34,52
26,00
20,55
14,12
10,50
5,48
0,11
81,90
50,10
35,08
26,47
20,98
14,46
10,78
5,67
0,12
82,19
50,69
35,60
26,93
21,37
14,77
11,04
5,84
0,13
82,83
51,25
36,08
27,35
21,74
15,07
11,29
6,01
0,14
83,43
51,77
36,54
27,74
22,09
15,36
11,53
6,17
0,15
84,00
52,26
36,96
28,12
22,42
15,62
11,75
6,32
0,16
84,52
52,72
37,36
28,47
22,74
15,87
11,97
6,47
0,17
85,02
53,15
37,74
28,80
23,07
16,12
12,17
6,61
0,18
85,59
53,56
38.10
29,19
23,32
16,35
12,37
6,75
0,19
85,93
53,95
38,45
29,43
23,59
16,59
12,56
6,88
0,20
86,35
54,32
38,77
29,71
23,85
16.79
12,74
7.00
Таблица 3
- показатель степени в формуле Н.Н. Павловского для
определения коэффициента Шези
:
,
значение гидравлического радиуса в эту формулу следует
подставлять в метровой размерности, поскольку формула
Н.Н. Павловского получена опытным путем и в ней
размерность не выдержана.
34
Результаты всех измерений и вычислений, а также
формулы, использовавшиеся в расчетах, заносят в бланк
лабораторной работы. На чертеж лабораторной установки,
имеющийся в бланке, наносят линию свободной поверхности
водного потока и все измерявшиеся и заданные величины в
буквенном обозначении.
35
Лабораторная работа №7
ИЗУЧЕНИЕ ВОДОСЛИВА С ШИРОКИМ ПОРОГОМ
Цель работы: Рассмотрение характера протекания водного
потока над порогом неподтопленного водослива,
исследование его отличия от равномерного течения с
постоянной глубиной и отношения этой глубины к
критической глубине, определение коэффициента расхода
водослива с широким порогом и сравнение его с табличным
значением.
Водослив можно отнести к водосливам с широким
порогом, если над порогом водослива наблюдается движение
потока близкое к плавноизменяющемуся. Чтобы это было
возможно, ширина порога в направлении движения воды на
водосливе должна находиться в следующих пределах
,
где – статический напор на водосливе.
Рисунок 9. Схема движения потока через неподтопленный
водослив с широким порогом
36
В настоящей работе изучают истечение жидкости через
неподтопленный водослив с широким горизонтальным
порогом, рис. 9.
В верхнем бьефе прямо перед водосливом происходит
сжатие потока, которое сопровождается резким снижением
уровня свободной поверхности. Потенциальная энергия
потока убывает. В результате над порогом уменьшается
живое сечение потока. Кинетическая энергия потока,
наоборот, увеличивается. И над порогом возрастают скорости
течения. Второй перепад уровня образуется при сходе потока
с водослива. Для неподтопленного водослива он также
сопровождается снижением отметок свободной поверхности.
Экспериментальная установка и проведение опытов
В гидравлическом лотке 4 прямоугольной формы
сечения с боковыми стеклянными стенками установлен порог
водослива 5, рис. 10. Ширина водослива по гребню равна
ширине гидравлического лотка . Таким образом, имеем
водослив без бокового сжатия.
Вода подается насосом из подземного резервуара в
напорный бак, расположенный под потолком помещения
лаборатории. Из него по подающему трубопроводу 1 вода
поступает в гидравлический лоток 4. Для определения
расхода используется сужающее устройство – диафрагма 2 с
дифманометром. Пройдя через водослив, вода по
трубопроводу подается снова в подземный резервуар.
Измерение необходимых отметок в лотке производится
с помощью мерной иглы, закрепленной по оси лотка на
тележке, перемещающейся по рельсам вдоль потока.
37
Рисунок 10. Схема установки для определения коэффициента
расхода водослива с широким порогом
До начала опытов измеряют ширину лотка (гребня
порога) , отметки дна лотка
водослива
. После включения насоса и заполнения водой
и поверхности порога
напорного бака открывают задвижку 3 на подающем
трубопроводе. Через 1 - 2 минуты можно производить
измерения, когда движение водного потока в лотке станет
установившимся.
В процессе опыта измеряют отметки свободной
поверхности воды: перед водосливом
над порогом водослива , , ,
и в четырех сечениях
на расстоянии 15, 25, 35,
45 см от входной кромки водослива. Также измеряют высоту
столба жидкости в дифманометре
, как разность
показаний в трубках прибора. Последующие опыты
производят аналогично, но при других значениях расхода
воды . Изменение расхода осуществляется с помощью
задвижки 3 на подающем трубопроводе. Измерять повторно
отметки дна лотка, поверхности порога и ширину лотка не
требуется. Все результаты измерений заносятся в
соответствующую таблицу бланка лабораторной работы.
38
Обработка опытных данных
По результатам измерений последовательно вычисляют:
- статический напор на водосливе
;
- расход воды из опыта
, см3/с;
- высоту порога водослива
;
- скорость перед водосливом (скорость подхода)
;
- напор с учетом скорости подхода
;
- коэффициент расхода из опыта
находят из формулы
пропускной способности неподтопленного водослива с
широким порогом
,
39
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
2,0
4,0
6,0
8,0
0,366
0,356
0,350
0,345
0,342
0,333
0,327
0,325
0,324
;
- коэффициент расхода водослива по справочнику находят
в зависимости от отношения
из табл. 4
, пользуясь
методом интерполяции;
Таблица 4
- глубину воды над водосливным порогом на расстоянии 15,
25, 35, 45 см от входной кромки водослива
,
,
,
;
- критическую глубину над водосливным порогом
, ;
- относительное расхождение между опытным и табличным
значениями коэффициента расхода
;
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]