3.7.2 Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка представляет собой гидравлический лоток прямоугольного сечения, высота которого 30 см, ширина – 20 см, длина – 5,12 м. Боковая поверхность лотка выполнена из оргстекла, дно лотка – крашеный металлический лист. Лоток снабжен механизмом для изменения уклона дна относительно горизонта. В лотке могут устанавливаться сменные исследуемые элементы.

Подача воды в лоток осуществляется по напорному трубопроводу через успокоительный резервуар объёмом 1 м³. Перед входом в резервуар на трубопроводе предусмотрена задвижка, с помощью которой регулируется количество подаваемой воды.

Излив воды из лотка происходит в бак, оснащенный мерным треугольным водосливом.

Для регулирования расходов и глубин в лотке в его конце предусмотрен щит-заслонка. Для измерения отметок дна лотка или поверхности воды применяются мерные иглы, шкала которых градуирована в миллиметрах.

3.7.3 Порядок проведения опыта

1. Определяют сначала уклон дна лотка i. Для этого в начале и в конце лотка, заполненного водой, находящейся в покое (при закрытом щите-заслонке), назначают два сечения I и II, в которых мерными иглами измеряют отметки дна и поверхности воды. С помощью рулетки измеряют расстояние между сечениями. Значение отметок и расстояние между сечениями заносят в табл. 3.11.

2. Затем через лоток пропускают некоторый расход воды Q, определяемый по тарировочной кривой мерного водослива. Устанавливают равномерное движение воды. Для этого добиваются равенства глубин h₁ и h₂ в двух сечениях лотка: при установившемся равномерном движении эти глубины будут одинаковы и равны глубине h₀ равномерного движения.

3. Данные измерений расхода Q, глубин h, температуры воды Т ⁰С и найденный по формуле или таблицам коэффициент кинематической вязкости воды записываются в таблицу 3.12.

3.7.4. Обработка опытных данных

1. Вычисляют глубины в сечениях h₁ и h₂. Зная расстояние между сечениями L, вычисляют уклон:

. (3.62)

Таблица 3.11

Определение уклона дна канала

№ опыта	Сечение I-I			Сечение II-II			Расстояние между сечениями L, см	Уклон дна лотка i
	Отметка дна Δдн, см	Отметка поверхности воды Δвд, см	Глубина h1, см	Отметка дна Δдн, см	Отметка поверхности воды Δвд, см	Глубина h2, см
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1 2 3

Таблица 3.12

Данные измерений

№ опыта	Глубина в сечении I-I, h1, см	Глубина в сечении II-II, h2, см	Нормальная глубина, h0, см	Температура воды Т,0С	Коэф-ент кинематической вязкости , см2/с	Расход Q, л/с	Ширина русла, B, см
1	2	3	4	5	6	7	8
1 2 3

2. Для замеренных значений i, Q, b (ширина лотка) и h₀ вычисляют среднюю скорость и коэффициент Шези C из опыта:

, или . (3.63)

3. Определяем область сопротивления, сопоставив значения Re_оп и Re_кв, вычисленные по формулам (3.61) и

. (3.64)

4. При найденном значении коэффициента Шези С коэффициент шероховатости n определяют из формул (3.57), (3.59), (3.60):

И.И. Агроскина , (3.65)

Маннинга ; (3.66) Форхгеймера ; (3.67)

Н.Н.Павловского . (3.68)

Показатель степени y в формуле (3.68) вычисляют при п_оп по зависимости (3.58) или по приближённой.

Для получения более достоверной величины коэффициента шероховатости все измерения рекомендуются провести при нескольких значениях расходов Q и вычислить среднеарифметическое значение n_ср.

По разделу УНИРС следует полученное в опыте значение n_ср сравнить с приводимым в справочниках для соответствующей шероховатости русла n_спр, пояснить имеющие расхождения в значениях n_ср и n_спр.

Таблица 3.13

Определение коэффициентов Шези С и шероховатости n

№ п.п	Расход, Q, л/с	Глубина равномерного движения, ho, см	Ширина лотка b, см	Площадь живого сечения ω, см2	Смоченный периметр χ, см	Гидравлический радиус R, см	Значение коэффициента С, м0,5/с	Опытное значение n (по ф-ле Агроскина)	Показатель степени у	Значения n по формулам			Rеол	Rекв
										Павловского	Меннинга	Форхгеймера
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1 2 3

Вопросы для самопроверки

1. Охарактеризуйте безнапорное движение жидкости.

2. Приведите гидравлические характеристики потока в прямоугольном канале.

3. Назовите основные признаки равномерного движения жидкости в канале.

4. Как определить число Рейнольдса для безнапорного движения?

5. Запишите уравнения Шези для скорости и расхода.

6. Приведите примеры формул для определения коэффициента Шези в квадратичной области сопротивлений.

7. Поясните методику опытного определения уклона дна канала.

8. Поясните методику опытного определения коэффициента Шези.