Порядок выполнения работы

1. В гидравлическом лотке устанавливают прямоугольный водослив без бокового сжатия (рис. 5 а).

2. Измеряют отметку гребня прямоугольного водослива без бокового сжатия.

3. Через установленный водослив пропускают поток с расходом . Значение расхода определяют по тарировочной кривой стационарного мерного водослива.

4. Измеряют отметку горизонта воды в верхнем бьефе (перед водосливом).

Струя, переливающаяся через ребро водослива должна быть свободной, т.е. в пространстве между струей и стенкой водослива, должно быть атмосферное давление.

5. Подтопление водослива производят прикрытием жалюзного затвора 1 (рис.1). Затвор прикрывают до тех пор, пока горизонт воды за водосливом не установится выше ребра водослива.

Опыт можно проводить при прежнем расходе , в этом случае геометрический напор H по мере подтопления водослива будет увеличиваться.

6. После того как горизонты воды в верхнем и нижнем бьефах становятся постоянными, измеряют их отметки.

7. В гидравлический лоток устанавливают прямоугольный водослив с боковым сжатием (рис. 5 б).

8. Измеряют отметку гребня прямоугольного водослива с боковым сжатием.

9. Через водослив пропускают поток с расходом . Значение расхода определяют по тарировочной кривой стационарного мерного водослива.

10. Измеряют отметку горизонта воды в верхнем бьефе (перед водосливом).

Результаты измерений по всем проведенным опытам заносят в табл. 4.

Таблица 4

Показатели	Ед. изм.	Водосливы
		без бокового сжатия	с боковым сжатием
Неподтопленный водослив
Ширина гидравлического лотка B
Ширина водосливного отверстия b
Отметка дна гидравлического лотка
Отметка ребра водослива
Отметка горизонта воды в верхнем бьефе (перед водосливом)
Высота ребра водослива С
Геометрический напор на водосливе H
Расход по тарировочной кривой стационарного водослива
Коэффициент расхода из опыта	-		-
Коэффициент расхода , рассчитанный по формуле Базена	-		-
Разница значений коэффициентов	%
Коэффициент расхода mc из опыта	-	-
Коэффициент расхода mc по формуле Эгли	-	-
Разница значений коэффициентов	%
Подтопленный водослив
Отметка горизонта воды в верхнем бьефе (перед водосливом)
Отметка горизонта воды в нижнем бьефе (за водосливом)
Геометрический перепад (разность горизонтов воды в верхнем и нижнем бьефах) z
Геометрический напор на водосливе H
Глубина подтопления
Коэффициент подтопления σn из опыта	-		-
Коэффициент подтопления σn, рассчитанный по формуле Базена	-		-
Разница значений коэффициентов	%

Порядок обработки опытных данных

1. Определяют коэффициент по данным, полученным при проведении эксперимента:

2. Вычисляют значение по эмпирической формуле Базена (14).

3. Вычисляют разницу значений коэффициентов , полученных по пунктам 1 и 2.

4. Вычисляют коэффициент расхода для водослива с боковым сжатием по данным, полученным при проведении эксперимента:

5. Вычисляют коэффициент m_c по эмпирической формуле Эгли (15).

6. Вычисляют разницу значений коэффициентов m_c, полученных по пунктам 4 и 5.

7. Вычисляют коэффициент подтопления по данным, полученным при проведении эксперимента:

где – значение коэффициента расхода, полученное из опыта для неподтопленного водослива.

8. Вычисляют коэффициент σ_n по эмпирической формуле Базена (16).

9. Вычисляют разницу значений коэффициентов σ_n, полученных по пунктам 7 и 8.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Исследование водослива с широким порогом

Цель работы

1. Определить из опыта значение коэффициента расхода m для неподтопленного водослива с широким порогом.

2. Определить опытным путем глубину , которой соответствует начало подтопления водослива.

3. Для подтопленного водослива определить опытным путем коэффициент скорости .

4. Сравнить опытные значения полученных коэффициен­тов с данными справочников.

Общие сведения

Для водосливов с широким порогом справедливо следующее неравенство:

,

где - толщина стенки водослива, ;

- геометрический напор на водосливе, .

Неподтопленный водослив с широким порогом обычно характеризуется наличием перепада свободной поверхности z_в (рис.6). Образование этого перепада объясняется тем, что на участке входа происходит увеличение скорости и кинетической энергии движущейся жидкости и уменьшение потенциальной энергии. Свободную поверхность жидкости в пределах гребня водослива считают практически гори­зонтальной:

где h - глубина воды на пороге водослива между сечениями 1 - 1 и 2 - 2, т.е. между началом и концом горизонтального участка свободной поверхности, м.

Рис. 6 – Неподтопленный водослив с широким порогом

Длина участков l₁ и l₃, определяющих положение сечений 1 - 1 и 2 - 2 равна:

,

Водослив с широким порогом считается неподтопленным, если глубина воды за водосливом не влияет на формирование потока на пороге водослива. Иначе говоря, изменение глубины воды в нижнем бьефе не влияет на величину расхода и геометрического напора H.

Расход вода через неподтопленный водослив определяют по формуле:

, , (17)

где m - коэффициент расхода водослива с широким порогом;

b - ширина водослива (водосливного отверстия), м;

- полный напор на водосливе (напор с учетом скорости подхода), м

, , (18)

где - скорость подхода, вычисляемая в сечении в – в, ,

, ,

где - глубина потока в верхнем бьефе в сечении в – в, м.

Глубина воды на пороге водослива всегда меньше критической , которая для прямоугольного водослива определяется по формуле:

, (19)

Картина движения воды через подтопленный водослив с широким порогом показана на рис. 7. Здесь поток состоит из трех участков:

- участок входа на порог водослива (между сечениями в - в и 1 - 1), где движение является резко изменяющимся;

- собственно водослив (между сечениями 1 - 1 и 2 - 2), где движение является плавно изменяющимся;

- участок выхода с порога водослива (между сечениями 2 - 2 и н - н), где движение является резко изменяющимся.

Как видно (рис. 7) подтопленный водослив характеризуется наличием одного положительного перепада z_в и одного отрицательного перепада z_вc (перепада восстановления). Свободная поверхность за сечением 2 - 2 может подниматься вверх на величину z_вc, благодаря тому, что часть кинетической энергии потока в этом месте переходит в потенциальную, так как поток получает резкое расширение. В лабораторных условиях перепад восстановления практически незаметен.

Рис. 7 – Подтопленный водослив с широким порогом

Водослив с широким порогом следует считать подтопленным, если соблюдается условие:

h_н > (С + n H₀) , ,

где - коэффициент, имеющий значение

n = 0,75 - 0,85

Для подтопленного водослива расход определяют по следующим формулам:

, , (20)

где σ_n – коэффициент подтопления водослива

, , (21)

где h - глубина на пороге водослива, м;

φ – коэффициент скорости.

На пороге подтопленного водослива поток находится в спокойном состоянии и его глубина h > h_кр.