Порядок выполнения работы

1. Открывают задвижку 2 (рис. 1) и подают воду с постоянным расходом в гидравлический лоток.

2. Прикрывают жалюзный затвор 1 и достигают стационарности потока при некоторой постоянной глубине .

3. С помощью стационарного мерного водослива и тарировочного графика определяют расход .

4. Измеряют ширину гидравлического лотка.

5. В сечении, принадлежащем центральной части гидравлического лотка, измеряют отметку горизонта воды и дна лотка.

6. На схеме живого сечения потока, имеющего глубину , намечают пять вертикальных линий.

7. Принимая во внимание симметрию потока, намечают 15 точек измерения скоростей (рис. 2), для чего разбивают сечение потока на площадки .

8. Устанавливают мерную иглу на первой вертикали.

9. С помощью микровертушки измеряют скорость в пяти точках (№№ 1 – 5) сечения потока.

10. Аналогичные измерения проводят на второй и третьей (осевой) вертикалях в остальных десяти точках (№№ 6 – 15) сечения потока.

Результаты измерений заносят в табл. 1 и 2.

Рис. 1 – Схема гидравлического лотка: 1 – жалюзный затвор; 2 – задвижка; 3 – микровертушка; 4 – измерительная игла (шпитценмасштаб)

Рис. 2 – Примерное распределение точек в живом сечении потока

Таблица 1

№ точек	u, см/с	, см 2	, см 3/с	, см 5/с3	, см 4/с2
1
2
3
4
5
6 … 15

* При суммировании учесть расходы через симметричные площадки.

Таблица 2

Показатели	Ед. изм.	Результаты измерений и вычислений
Расход по тарировочной кривой стационарного водослива
Ширина гидравлического лотка
Отметка дна гидравлического лотка
Отметка горизонта воды
Глубина потока
Площадь живого сечения потока
Средняя скорость
Значение
Значение
Коэффициент Кориолиса
Значение
Значение
Коэффициент Буссинеска

Порядок обработки опытных данных

1. Вычисляют глубину потока .

2. Определяют площадь живого сечения потока .

3. Определяют среднюю скорость движения воды в сечении потока.

4. По измеренным скоростям u и рассчитанным размерам площадок определяют значения , и , .

5. Определяют значения и .

6. По формулам (3) и (6) вычисляют коэффициент Кориолиса и коэффициент Буссинеска .

7. По измеренным скоростям в точках трех вертикалей, принадлежащих живому сечению, строят эпюры распределения скоростей и изотахи скоростей.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИЗУЧЕНИЕ МЕРНЫХ ВОДОСЛИВОВ С ОСТРЫМ РЕБРОМ

Цель работы

1. Применяя расчетные формулы, по измеренным геометрическим напорам определить расход при движении воды через водосливы с различной геометрической формой отверстий.

2. Сравнить рассчитанные расходы с соответствующими фактическими расходами, полученными в результате проведения опытов при использовании стационарного мерного водослива и тарировочной кривой.

Общие сведения

Водосливом с острым ребром (или с тонкой стенкой) называется водослив, для которого толщина ребра не влияет на форму переливающейся струи и гидравлическое сопротивление движению жидкости. Наиболее часто применяемые геометрические формы водосливных отверстий показаны на рис.3. Для водосливов с тонкой стенкой справедливо следующее неравенство:

,

где - толщина стенки водослива, ;

- геометрический напор на водосливе, .

Рис. 3 – Мерные водосливы с тонкой стенкой

На практике для измерения расхода жидкости в открытых каналах применяют водосливы с треугольной, трапециидальной и параболической формой отверстия.

Треугольные водосливы выполняют с различным углом при вершине симметричного геометрического отверстия.

При угле расход для треугольного водослива с вертикальной тонкой стенкой и при свободном доступе воздуха под струю рассчитывают по эмпирическим формулам:

1. Томсона , (7)

2. Кинга , (8)

Эти формулы дают точные результаты расчета расхода при значениях геометрического напора м. Треугольные водосливы применяют, когда требуется измерить небольшие по значению расходы. Геометрическому напору H = 0,05 м соответствует расход 0,78 .

При угле расход для треугольного водослива рассчитывают по эмпирической формуле Граве:

, (9)

При одинаковых геометрических напорах пропускная способность трапециидальных водосливов больше, чем у треугольных или прямоугольных с боковым сжатием. Расход трапецеидального водослива с вертикальной стенкой при свободном доступе воздуха под струю рассчитывают по приближенной формуле:

, , (10)

где - средняя ширина водосливного отверстия, ;

- ширина трапецеидального отверстия по гребню, ;

- коэффициент заложения откоса отверстия водослива;

- коэффициент бокового сжатия;

- полный напор на водосливе, .

Коэффициент расхода , входящий в формулу (10), при угле принимают равным . В этом случае расчётная формула определения расхода через трапецеидальный водослив получает следующий вид:

, (11)

Коэффициент 1,86 получен при выполнении условия b ≥ 3H.

Для параболического водослива расход определяют по формуле:

, , (12)

где P – параметр параболы отверстия водослива, выполненного в соответствии с уравнением квадратичной параболы .

Для диапазона изменения геометрического напора H = 0,03 - 0,60 м и параметра параболы P = 0,0025 - 0,05 м получено опытное значение величины М = 2,768 .