Порядок обработки опытных данных

1. Для совершенного и волнистого прыжка, по данным, полученным из эксперимента, вычисляют глубину потока перед (за) прыжком (как разность отметок поверхности потока перед (за) прыжком и дна гидравлического лотка).

2. Для совершенного прыжка вычисляют сопряженные глубины по формулам (28 и 29).

3. Для волнистого прыжка вычисляют сопряженные глубины по формулам (37 и 38).

4. Вычисляют высоту совершенного и волнистого прыжка, используя значения сопряженных глубин, рассчитанные в соответствии с п. 1.

5. Вычисляют длину совершенного прыжка по формулам (30 – 34) и волнистого прыжка по формуле (39).

6. Находят потери напора в совершенном и волнистом прыжке по уравнению Бернулли:

,

7. Вычисляют потери напора в совершенном прыжке по формуле (36).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИЗУЧЕНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ИЗ-ПОД ЗАТВОРА

Цель работы

1. При свободном истечении из-под затвора определить коэффициенты расхода , скорости и сжатия .

2. Определить глубину за затвором при несвободном подтопленном истечении.

3. Определить коэффициент расхода для несвободного подтопленного истечения и истечения через большое затопленное отверстие.

4. Сравнить опытные значения коэффициентов с данными, полученными по формулам или из справочной литературы.

Общие сведения

В работе исследуется истечение из-под затвора, установленного в гидравлическом лотке с горизонтальным дном, в условиях плоской задачи. В зависимости от характера влияния нижнего бьефа на поток, вытекающий из-под затвора, истечение может быть свободным или несвободным. Условие свободного истечения обеспечивается при выполнении неравенства в соответствии с выражением:

, (40)

где - бытовая глубина в нижнем бьефе, ;

- глубина в сжатом сечении за затвором, ;

- коэффициент скорости для щитовых отверстий без порога, принимается ;

- полный напор в сечении в – в, .

В гидравлическом лотке с горизонтальным дном при истечении из-под затвора, возможны три типа сопряжения бьефов с разным положением совершенного гидравлического прыжка:

1. Отогнанный гидравлический прыжок (рис.15);

б) прыжок в сжатом сечении (рис.16);

в) затопленный гидравлический прыжок (рис.17).

Рис. 15 – Свободное истечение из-под затвора с образованием отогнанного гидравлического прыжка

В случае свободного истечения с образованием отогнанного гидравлического прыжка или прыжка в сжатом сечении расход определяют по формуле:

, , (41)

где - глубина потока за затвором в сжатом сечении ,

,

- коэффициент вертикального сжатия струи;

- высота открытия затвора, м;

- ширина затвора, м;

- коэффициент расхода

,

где - коэффициент скорости.

Жуковский Н.Е. теоретически установил, что коэффициент вертикального сжатия для щитового отверстия зависит только от величины .

	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,70	0,75
	0,615	0,620	0,625	0,630	0,645	0,660	0,690	0,705

Отогнанный прыжок образуется, если:

,

где - вторая сопряженная глубина совершенного гидравлического прыжка, расположенного в сжатом сечении (на условиях, когда его первая сопряженная глубина равна глубине сжатого сечения ), .

Глубину вычисляют по формуле (27).

Прыжок в сжатом сечении образуется, если .

Рис. 16 – Свободное истечение из-под затвора с образованием гидравлического прыжка в сжатом сечении

Если условие (40) не выполняется, то истечение из-под затвора будет несвободным. Оно подразделяется на подтопленное и затопленное.

Несвободное истечение, происходящее с образованием затопленного гидравлического прыжка, называется подтопленным (рис. 17).

Рис. 17 – Несвободное истечение из-под затвора с образованием затопленного гидравлического прыжка

Затопленный прыжок образуется, если .

В этом случае в формулу (41) для определения расхода, вместо h_c вводится глубина h_z, определяемая по формуле:

, , (42)

где - глубина воды в нижнем бьефе за гидравлическим прыжком в сечении , ;

- коэффициент Кориолиса, принимаемый ;

- удельный расход, ;

- глубина потока в сжатом сечении ,

,

,

Поток при истечении из-под затвора не будет переходить в бурное состояние при значении большем критической глубины . В этом случае истечение будет происходить, как через большое затопленное отверстие (рис. 18).

Рис. 18 – Затопленное истечение из-под затвора

Затопленное истечение наступает в тот момент, когда скорость истечения из отверстия уменьшается до критической . Сопряжение в этом случае происходит без прыжка. Критерием затопленного истечения будет выполнение условия:

, ,

где - критическая глубина, .

Расход в этом случае определяют по формуле:

, , (43)

где - геометрический перепад (разность горизонтов воды в верхнем и нижнем бьефах, ;

- коэффициент расхода, принимаемый , в зависимости от условий подхода потока к отверстию.