Гидравлика (стр. 22 )

Обработка результатов.

1. Определяется скорость подхода потока перед водосливом v0=Q/[b(H+P)] и вычисляется полный напор Н0=H+/(2g).

2. Опытное значение коэффициента расхода mоп определяется из формулы (22.1):

.

3. Вычисляется опытное значение приведенного коэффициента расхода m0оп из формулы (22.2), а теоретическое – по формуле (22.4).

4. Находится разница (в процентах) между опытным и вычисленным приведенным коэффициентом расхода.

5. Опытное значение коэффициента подтопления определяется по формуле

,

где m0 – приведенный коэффициент расхода, принимаемый равным опытному значению его при свободном истечении.

6. Вычисляется теоретическое значение коэффициента подтопления по формуле (22.7) и сопоставляется с опытным.

Контрольные вопросы

1. Какие водосливы относятся к водосливам с острым ребром?

2. Как определить характер истечения потока через водослив с острым ребром?

3. Чем учитывается уменьшение расхода подтопленного водослива с острым ребром?

Работа 23. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВОДОСЛИВА ПРАКТИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Группа водосливов при относится к водосливам практического профиля. По очертанию сливной грани они бывают криволинейные и прямолинейные (рис. 29) . По очертанию профиля криволинейные водосливы делятся на вакуумные и безвакуумные.

В лабораторной работе исследуются безвакуумный профиль, очерченный по координатам Кригера-Офицерова (тип 1), и трапецеидальный водосливы без бокового сжатия (рис. 29). В зависимости от глубины потока в нижнем бьефе истечение может быть свободным или подтопленным.

Рис. 29. Схема истечения через водослив практического профиля:

а, в – свободное; б – подтопленное.

Для свободного истечения (рис. 29, а, в) расход через водослив практического профиля определяется по формуле

, (23.1)

где m – коэффициент расхода;

b – ширина отверстия водослива или длина водосливного фронта;

Н0 – полный напор с учетом скорости подхода.

Коэффициент расхода безвакуумного водослива, очерченного по координатам Кригера – Офицерова (форма 1), при проектном напоре Нпр принимается m = 0,49. Проектным напором называется расчетный напор, при котором рассчитываются координаты профиля сливной грани водослива. При отклонении действующего напора от расчетного коэффициент расхода определяется по следующим зависимостям:

при ; (23.2)

при . (23.3)

Для трапецеидального профиля коэффициент расхода зависит от отношения напора Н к толщине гребня S и от коэффициентов заложения напорной mв и сливной mн граней водослива. Его значения приведены в табл. 5 приложения.

Безвакуумный водослив практического профиля будет подтоплен при совместном выполнении двух условий:

1) бытовая глубина hб больше, чем высота водослива со стороны НБ, т. е. hб > P1;

2) в НБ за водосливом образуется надвинутый (затопленный) гидравлический прыжок, т. е. h"c < hб.

Вторая сопряженная глубина надвинутого гидравлического прыжка определяется для прямоугольного русла по зависимости

, (23.4)

где – глубина в сжатом сечении;

Е0 – удельная энергия в ВБ относительно дна НБ

Е0=Н0+Р1;

Р1– высота водослива со стороны НБ;

– коэффициент скорости, для водослива практического профиля криволинейной формы (принимается = 0,95...0,97).

Глубина в сжатом сечении независимо от формы отводящего русло определяется из уравнения расхода водослива:

, (23.5)

где – площадь струи в сжатом сечении.

Для условия плоской задачи, т. е. когда отводящее русло за водосливом достаточно широкое, не считаясь с формой русла, уравнение (23.5) примет вид

. (23.6)

Относительно сжатой глубины решение уравнения (23.6) имеет следующий вид:

, (23.7)

где .

Для упрощения решения уравнения (23.6) можно также использовать таблицы проф. (табл. 6 приложения). Сжатая глубина по этим таблицам рассчитывается по следующей методике:

1) находится функция относительной сжатой глубины по формуле

; (23.8)

2) по значению из табл. 6 приложения находится , и глубина потока в сжатом сечении будет

. (23.9)

Вторая сопряженная для глубины в сжатом сечении при совершенном гидравлическом прыжке в условиях плоской задачи определяется также с помощью табл. 6 приложения. По значению функции при принятом значении находится и тогда вторая сопряженная глубина

. (23.10)

Уменьшение пропускной способности водослива при его затоплении учитывается в формуле расхода (23.1) коэффициентом подтопления , значение которого приводится в табл. 7 приложения в зависимости от величины, где – превышение уровня воды в НБ над гребнем водослива .

Формула расхода водослива с учетом подтопления примет следующий вид:

. (23.11)

Задачи исследований:

1) продемонстрировать истечение через водослив практического профиля;

2) опытным путем определить коэффициенты расхода m оп и скорость φоп при свободном истечении;

3) сравнить опытные коэффициенты расхода и скорость со справочными данными или вычисленными по формулам;

4) определить опытным путем коэффициент подтопления и сравнить его со справочным значением .

Опытная установка. Работа выполняется в гидравлическом лотке с нулевым уклоном (рис. 29), в котором установлена модель водослива практического профиля криволинейной или трапецеидальной форм. Для водослива практического профиля криволинейной формы проектный напор Нпр = 0,10 м, а для водослива трапецеидальной формы размеры указаны на схеме, которая вывешена в лаборатории на гидравлическом лотке.

Проведение опытов. В работе проводятся исследования для водослива практического профиля криволинейной или трапецеидальной формы при свободном и подтопленном истечениях.

Рекомендуется следующий порядок проведения опытов:

1) задвижкой устанавливается постоянный расход в лотке;

2) замеряется отметка уровня воды на мерном водосливе и по графику связи Q = f() определяется расход;

3) маневрированием концевого затвора достигается свободное истечение через водослив практического профиля;

4) переносным шпицмасштабом измеряются отметки дна лотка, порога водослива, уровней воды перед водосливом на расстоянии более ЗН и в сжатом сечении. Замеряется ширина водослива b;

5) для трапецеидального водослива замеряются ширина порога S и основания В;

6) при прежнем расходе Q, установленном для неподтопленного водослива, концевым затвором увеличивается глубина потока в НБ. Подтопление водослива фиксируется подъемом уровня воды в ВБ по предварительно установленному там шпицмасштабу;

7) после стабилизации уровней замеряются отметки поверхности воды в верхнем и нижнем бьефах. Уточняется отметка порога водослива.

Результаты измерений заносятся в табл. 23.1 журнала лабораторных работ.

Постоянные величины: ширина лотка b = см; отметка дна лотка = мм; отметка порога водослива = мм; высота порога водослива Р = — = см.