Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспериментальные учебные исследования по гидравлике и гидрологии. Учебно-методическое пособие
.pdf
- относительное расхождение между глубиной
над порогом
водослива на участке, где свободная поверхность потока
параллельна поверхности порога, и критической глубиной
.
Все результаты расчетов заносятся в соответствующие
графы расчетной таблицы в бланке лабораторной работы. На
чертеж лабораторной установки наносятся линия свободной
поверхности водного потока и все измерявшиеся и заданные
величины в буквенном обозначении. Также в бланк
лабораторной работы записывают все формулы,
использовавшиеся при расчетах.
41
Лабораторная работа №8
ИЗУЧЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЫЖКА И СОПРЯЖЕНИЯ
ПОТОКОВ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ
Цель работы: Изучение явления гидравлического прыжка, а
также проверка путем эксперимента применяемых при
расчетах теоретических формул и условий, определяющих
тип сопряжения бьефов.
В верхнем бьефе гидротехнических сооружений поток
обладает большой потенциальной энергией. Значительная ее
часть в нижнем бьефе переходит в кинетическую энергию.
Поэтому скорости за сооружением резко возрастают, и
возникает необходимость сооружения мощного крепления
дна потока, что зачастую экономически себя не оправдывает.
Таким образом, основной задачей сопряжения бьефов
является преобразование в нижнем бьефе избыточной
кинетической энергии в потенциальную. Это достигается
различными способами в зависимости от форм сопряжения
бьефов.
Критерием формы сопряжения бьефов является
соотношение между глубиной потока в нижнем бьефе в
естественном состоянии – бытовой глубиной
и второй
сопряженной глубиной фиктивного гидравлического прыжка
.
В зависимости от типа гидравлического прыжка за
сооружением различают следующие формы сопряжения
бьефов:
1) В форме отогнанного прыжка. Кривая свободной
поверхности 3, рис. 11. Непосредственно за
водосливом практического профиля 1 образуется
42
сжатое сечение с глубиной
со сжатой глубиной
и первой сопряженной
глубиной отогнанного прыжка
. Между сечениями
располагается кривая
подпора. Ее длина соответствует длине отгона прыжка.
Рассчитанная вторая сопряженная глубина фиктивного
(воображаемого) прыжка
бытовой глубины
в этом случае больше
.
Рисунок 11. Отогнанный, надвинутый и затопленный
гидравлические прыжки
2) В форме затопленного прыжка. Кривая свободной
поверхности 2. Гидравлический прыжок располагается
в пределах водослива, выше против течения от сжатого
сечения (нижний бьеф затопил фиктивный прыжок). В
этом случае
.
43
3) В форме надвинутого (фиктивного) прыжка. Кривая
свободной поверхности 4. Это критическая форма
сопряжения - промежуточная (граничная) между
первой и второй формами сопряжения.
Надвинутый (фиктивный) прыжок – гидравлический
прыжок, начинающийся прямо у сжатого сечения
(надвинут на сжатое сечение). В этом случае
является первой сопряженной глубиной фиктивного
прыжка, а его вторая сопряженная глубина
бытовой глубине
равна
.
Экспериментальная установка и проведение опытов
Опыты проводятся на установке, представляющей собой
гидравлический лоток прямоугольного сечения с
установленным в нем криволинейным водосливом
практического профиля 1, рис. 11. Необходимые отметки
измеряют с помощью мерной иглы, закрепленной на тележке,
перемещающейся по рельсам вдоль лотка.
Опыты проводятся следующим образом. До пуска воды
в лоток необходимо определить ширину водослива по
гребню, которая равна ширине лотка (водослив без
бокового сжатия), отметку дна нижнего бьефа
и отметку
гребня водослива . После окончания измерений, открывая
задвижку на напорной линии, устанавливают некоторый
расход воды. С помощью регулятора уровня воды
устанавливают такую глубину воды в нижнем бьефе, при
которой образуется отогнанный гидравлический прыжок 3.
После того, как движение станет установившимся,
производят измерение отметок свободной поверхности воды
перед водосливом , в сжатом сечении
44
, перед отогнанным
гидравлическим прыжком и после него
. Кроме того,
снимают показание дифманометра расходомерного
суживающего устройства – диафрагмы, установленной на
подводящем трубопроводе.
Затем, не меняя расхода воды, постепенно закрывают
регулятор уровня 6, рис. 10. Глубина воды в нижнем бьефе
будет при этом увеличиваться, а гидравлический прыжок
будет надвигаться на сжатое сечение. При некоторой глубине
воды в нижнем бьефе образуется надвинутый гидравлический
прыжок 4. Дальнейшее закрытие регулятора уровня приведет
к затоплению гидравлического прыжка 2. При образовании
затопленного прыжка необходимо измерить отметку
поверхности воды в нижнем бьефе
.
Последующие опыты производятся аналогичным
образом, но при других значениях расхода воды.
Обработка опытных данных
По результатам измерений последовательно вычисляют:
- расход воды из опыта
, см3/с;
- теоретический расход воды по формуле
,
где – коэффициент количества движения для
открытых потоков (коэффициент Буссинеска)
;
- высоту водосливной стенки со стороны нижнего бьефа
45
;
- статический напор на водосливе
;
- среднюю скорость потока перед водосливом (скорость
подхода)
;
- напор на водосливе с учетом скорости подхода
, ;
- глубину воды в сжатом сечении по измерениям отметок
;
- глубину воды в сжатом сечении по формуле
,
где – коэффициент скорости
;
- глубину воды в нижнем бьефе при отогнанном
гидравлическом прыжке
;
46
- глубину воды в нижнем бьефе при затопленном
гидравлическом прыжке
;
- глубину, сопряженную со сжатой по формуле
;
- глубину воды перед отогнанным прыжком по измерениям
отметок
;
- глубину воды перед отогнанным прыжком по формуле
;
- средние скорости при отогнанном гидравлическом прыжке в
сечениях перед прыжком и после него
,
;
- удельные энергии сечения при отогнанном гидравлическом
прыжке для сечений перед прыжком и после него
,
;
- потери удельной энергии в гидравлическом прыжке из
опыта
47
;
- потери удельной энергии в прыжке по формуле
;
- критическую глубину
.
Выполнив все указанные выше расчеты, необходимо
произвести сопоставление полученных в опыте величин
, и
, , и
с рассчитанными по теоретическим формулам
. Кроме того, необходимо сделать вывод о
справедливости критериев, определяющих тип сопряжения
и
бьефов, путем сравнения глубины сопряженной со сжатой
с глубиной в нижнем бьефе при отогнанном
затопленном
гидравлических прыжках.
Результаты всех измерений и вычислений, а также
формулы, используемые при расчетах, заносятся в бланк
лабораторной работы. На чертеж водослива в бланке
наносятся свободные поверхности водного потока при
отогнанном и затопленном гидравлических прыжках, все
измеряемые отметки и вычисляемые глубины воды в
буквенном выражении.
,
48
ЛИТЕРАТУРА
1. Квитковский Ю.В. Лабораторные и экспериментальные
учебные исследования по гидравлике и гидромашинам. Часть
I. Общие вопросы гидравлики. Под редакцией докт. техн.
наук проф. Железнякова Г.В. – М.: МИИТ, 1976. – 28 с.
2. Квитковский Ю.В. Лабораторные и экспериментальные
учебные исследования по гидравлике и гидромашинам. Часть
II. Потери гидравлической энергии. Под редакцией докт. техн.
наук проф. Железнякова Г.В. – М.: МИИТ, 1976. – 26 с.
3. Матвеев К.В. Лабораторные и экспериментальные учебные
исследования по гидравлике и гидромашинам. Часть IV.
Безнапорное движение жидкости и гидравлика дорожных
водопропускных сооружений. Под редакцией докт. техн. наук
проф. Железнякова Г.В. – М.: МИИТ, 1976. – 40 с.
4. Железняков Г.В. Гидравлика и гидрология: Учебник для
вузов. - М.: Транспорт, 1989. - 376 с.
5. Пособие по гидравлическим расчетам малых
водопропускных сооружений / ВНИИ транспортного
строительства (ЦНИИС). Главное управление проектирования
и капитального строительства (ГУПиКС) Минтрансстроя
СССР. – М.: Транспорт, 1992. - 408 с. Дата актуализации
01.01.2021.
6. Справочник по гидравлике / Под ред. В.А. Большакова, - 2-
е изд., перераб. и доп. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984. –
343 с.
49
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
3
Техника безопасности при работе в
гидравлической лаборатории
Лабораторная работа № 1. Определение
гидростатических давлений и точности их
измерения
Лабораторная работа № 2. Определение удельных
энергий жидкости и анализ их изменения в потоке
с переменным живым сечением
Лабораторная работа № 3. Определение режимов
движения жидкости
Лабораторная работа № 4. Исследование
зависимости коэффициента потерь энергии от
параметра Рейнольдса при равномерном напорном
движении жидкости
Лабораторная работа № 5. Исследование влияния
параметра Рейнольдса на дополнительные потери
энергии при неравномерном напорном течении
жидкости
Лабораторная работа № 6. Исследование
зависимости коэффициента шероховатости стенок
бетонного канала от гидравлического радиуса
Лабораторная работа № 7. Изучение водослива с
широким порогом
Лабораторная работа № 8. Изучение
гидравлического прыжка и сопряжения потоков в
нижнем бьефе
ЛИТЕРАТУРА
СОДЕРЖАНИЕ
4
6
12
17
21
25
30
36
42
49
50
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]