bonchosmolovskaya_n_e_mehanika_zhidkosti_i_gaza_laboratornyi

Окончание табл. 15.5

32Теоретические значения расхода воды Qr,

вычисляемые по формулам (15.2), (15.5), (15.7) для неподтопленного и подтопленного водослива с подстановкой в формулы

справочных значений а„с, фпс и опытных значений полного напора Яо и глубины he on

33 Процент отклонения опытного значения

расхода воды от теоретических значений

/ N

1 100%

UT

10.По данным строк 5...10 табл. 15.4 в масштабе построить модели неподгопленного и подтопленного водосливов с представлением кривых свободной поверхности, с нанесением основных параметров, характеризующих истечение, и линии критической глубины.

Выполнение работы планируется за 4 часа аудиторных занятий. При недостатке учебного времени работа может выполняться в меньшем объеме - по усмотрению преподавателя.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 6

СОПРЯЖЕНИЕ БЬЕФОВ ПРИ ПЕРЕЛИВЕ ВОДЫ ЧЕРЕЗ ПЛОТИНУ С УСТУПОМ

Цель работы

1.Наблюдение донного, поверхностного с незатопленной струей

иповерхностного с затопленной струей режимов сопряжения бьефов при переливе воды через плотину с уступом.

2.Сопоставление опытных значений глубин потока в нижнем бьефе с вычисленными по эмпирическим формулам значениями предельных глубин, соответствующих указанным в л.1 режимам сопряжения.

Общие сведения

Плотины с вертикальным уступом устраивают в случае необходимости пропуска льда в нижний бьеф, для отброса струи от сооружения и удаления зоны размыва.

При пропуске одного и того же расхода воды через плотину с уступом высотой а в зависимости от глубины потока в нижнем бьефе Аб (бытовая глубина) возможны следующие основные режимы (формы) сопряжения бьефов.

1-й режим: донный (рис. 16.1).

Рис. 16.1

При донном режиме струя, сходящая с уступа плотины, опускается вниз, при этом максимальные скорости движения воды наблюдаются у дна. В сечении С-С, где струя достигает дна, образуется сжатая глубина Лс < А^р , где Лкр - критическая глубина (см. лабораторную работу № 12). В зависимости от соотношения второй сопряженной и бытовой Аб глубин возможно сопряжение в виде отогнанного прыжка (й"с > Лб), прыжка в критическом положении (A"c = Аб) и затопленного прыжка (А"с < Ав). Донный режим имеег место при бытовой глубине

(16.1)

где Лб1 - первая предельная глубина нижнего бьефа.

2-й режим: поверхностный с незатопленной струей (рис. 16.2).

При увеличении глубины в нижнем бьефе Ьь (по сравнению с глубиной Аб, при которой наблюдается донный режим) струя, сходя с уступа, отклоняется вверх, максимальные скорости имеют место вблизи свободной поверхности. Момент перехода от донного режима к поверхностному с незатопленной струей реализуется при

где /?62 - вторая предельная глубина нижнего бьефа.

3-й режим: поверхностный с затопленной струей (рис. 16.3).

rtl

/ /

/

——

Рис. 16.3

При дальнейшем увеличении глубины h^ на поверхности сходящей с уступа струи образуется поверхностный валец. Момент перехода от поверхностного режима с незатопленной струей к поверхностному с затопленной струей реализуется при Лб = ЫгЗатопление струи на уступе наступает при бытовой глубине

Аб>йб2. (16.3)

Наряду с указанными формами сопряжения могут быть и промежуточные.

Проектируя плотину с уступом, высоту уступа следует принимать такой, чтобы имел место 2-й режим сопряжения - поверхностный с незатопленной струей; в этом режиме лед, сбрасываемый через плотину, не ударяется о дно в нижнем бьефе, что имеет место при донном режиме, и не задерживается в поверхностном вальце, что возможно в поверхностном режиме с затопленной струей.

При установлении зоны, в которой может существовать тот или иной режим, при заданных расходе, высотах плотины и уступа, глубине потока в нижнем бьефе используются соотношения (16.1), (16.2) и (16.3). Первую и вторую предельные глубины нижнего бьефа можно определить по эмпирическим зависимостям Т.Н. Астафичевой;

где р - высота плотины со стороны нижнего бьефа. Зависимость (16.4) используется при а/р > 0,2, что обычно и имеет место в практике.

Задача гидравлического расчета необходимой высоты уступа а для пропуска «ледоходных расходов», которым соответствует диапазон глубин нижнего бьефа h^, решается методом подбора. Задаются рядом значений высоты уступа а и для каждой высоты уступа находят значения предельных глубин. Расчетной высотой будет такая высота уступа а, при которой выполняется соотношение

<кб< Ьб2.

Описание опытной установки

Работа по исследованию сопряжения бьефов при переливе воды через плотину с уступом проводится в зеркальном гидравлическом лотке, описание которого приводится в лабораторной работе № 10 (см. рис. 10.3). Глубина потока в нижнем бьефе Лб устанавливается при помощи затвора-жалюзи, находящегося в конце лотка. Измере-

ние отметок производится игольчатым уровнемером, описание которого приведено в лабораторной работе № 2, рис. 2.3 ;.

Порядок выполнения работы

1. При выполнении лабораторной работы требуется выполнение правил техники безопасности и указаний руководителя занятий.

2. Игольчатым уровнемером определить отметку дна в нижнем бьефе V ь отметку гребня водослива V 2 и верхнюю плоскость уступа Уз-

По разности соответствующих отметок определить высоту плотины р и высоту уступа а.

3. Открытием регулирующей задвижки на трубопроводе установить необходимый расход Q в лотке. Величину расхода определить при помощи мерного водослива Томсона (см. лабораторную работу № 4). По величине расхода Q и ширине лотка b подсчитать критическую глубину Акр (см. лабораторную работу № 12).

Данные по определению расхода, значения Лкр, высоты плотины р и высоты уступа а занести в табл. 16.1 в графу опыта 1.

Таблица 16.1

Ci)

S

4. Произвести изучение донного режима в нижнем бьефе плотины в следующем порядке.

4.1. При помощи затвора-жалюзи сформировать такую глубину потока в нижнем бьефе Аб, при которой будет наблюдаться сопряжение с отогнанным прыжком. После этого игольчатым уровнемером измерить глубину h^ в сжатом сечении.

4.2.Прикрыть затвор-жалюзи и увеличить бытовую глубину k^,

всвязи с чем гидравлический прыжок перемещается вверх по течению и его начало устанавливается в сжатом сечении падающей с уступа струи. Таким образом устанавливается донный режим с

4.3. Продолжая прикрьюать затвор-жалюзи, довести глубину в нижнем бьефе до такой величины, при которойпбудет наблюдаться

сопряжение в виде затопленного прыжка }%> \ .

5.Изучить поверхностный режим в нижнем бьефе плотины.

5.1.При помощи затвора-жалюзи увеличить глубину в нижнем бьефе до момента перехода донного режима в поверхностный режим с незатопленной струей, т. е. когда глубина в нижнем бьефе Лб становится равной так называемой первой предельной глубине А,

т.е./гб =

Измерение h^i произвести на достаточно большом отдалении от уступа.

5.2.Прикрывая затвор-жалюзи, еще больше увеличить глубину

внижнем бьефе, таким образом можно получить переход поверхностного режима с незатопленной струей в поверхностный режим с затопленной струей. В момент перехода измерить бытовую глубину Ы, которая соответствует второй предельной глубине Аег-

Второй опыт произвести при несколько меньшем расходе. Результаты измерений занести в табл. 16.2 .

1

2

По данным опытных измерений для одного расхода Q в масштабе выполнйть схему трех режимов сопряжения бьефов с указанием основных размеров модели и потока.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 7

ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ-ПОД ЗАТВОРА

Цель работы

1. Наблюдение за характером свободного и несвободного истечений из-под плоского вертикального затвора (щита).

2.Определение опытных значений коэффициентов расхода ц для всех случаев истечения, а для свободного истечения, кроме того, и коэффициентов сжатия е и скорости ср.

3.Сопоставление опытных значений коэффициентов ц, е, (р со справочными данными для случая свободного истечения.

4.Определение опытного значения глубины h^ при подтопленном истечении и сравнение его с подсчитанной теоретической.

5.Определение опытного значения перепада Zo при затопленном истечении и сравнение его с величиной Zgp.

Общие сведения

Водопропускные отверстия гидротехнических сооружений и систем канализации, как правило, перекрываются затворами различных конструкций. При подъеме затвора на высоту а жидкость вытекает в образовавшееся отверстие, испытывая сжатие в вертикальной плоскости (здесь рассматривается плоская задача; при пространственной задаче, т. е. при разной ширине потока до и после затвора происходит сжатие вытекающей из-под затвора струи). Глубина потока в сжатом сечении (см. лабораторную работу № 12) определяется выражением

(17.1)

где е - коэффициент вертикального сжатия.

В случае отгона гидравлического прыжка от затвора или его критического положения (подробнее см. лабораторную работу № 12) имеет место свободное истечение жидкости (рисЛ7.1).

avi

2g

Рис. 17.1

В этом случае глубина в нижнем бьефе не оказывает влияния на условия движения жидкости через отверстие и расход ее определяется по формуле

где b - ширина отверстия; Яд ~ напор перед затвором с учетом скорости подхода (или полный напор):

Ф - коэффициент скорости.

О физическом смысле коэффициентов ц и ф см. в лабораторной работе № 9.

При надвинутом гидравлическом прыжке зфовень в нижнем бьефе влияет на истечение жидкости из-под затвора, и оно будет несвободным.

Если при несвободном истечении глубина потока в нижнем бьефе за затвором Аг < Ы, где h^ - бытовая глубина (рис. 17.2), истечение будет подтопленным и расход определяется формулой

(17.4)