Гидравлика (стр. 25 )

Несвободное истечение, происходящее с образованием затопленного гидравлического прыжка, называется подтопленным (рис.31, б). Расход при несвободном подтопленном истечении определяется по формуле

, (25.3)

где hz – глубина непосредственно за затвором.

При решении уравнения затопленного гидравлического прыжка получена зависимость для определения глубины за затвором при известной высоте открытия затвора, т. е.

, (25.4)

где

. (25.5)

При известном расходе, вытекаемом из-под затвора, глубина за ним может быть определена по зависимости

, (25.6)

где hк – критическая глубина, определяемая по формуле (20.5).

Несвободное истечение, при котором непосредственно за затвором образуется глубина, равная hб, называется затопленным (рис.31, в). Затопленное истечение наступает в тот момент, когда скорость истечения v из отверстия уменьшается до критической vk – сопряжение в этом случае будет без прыжка. Тогда критерием затопленного истечения будет условие

, (25.7)

где

; (25.8)

hк – критическая глубина для русла прямоугольного сечения, определяемая по формуле (20.5).

Расход при затопленном истечении определяется по формуле

, (25.9)

а коэффициент расхода в зависимости от условий подхода потока к отверстию затвора принимается равным = 0,65... 0,70.

Задачи исследований:

1) продемонстрировать истечение из-под плоского вертикального затвора;

2) определить опытным путем коэффициент расхода для свободного, подтопленного и затопленного истечения из-под затвора;

3) определить опытным путем коэффициент сжатия и коэффициент скорости оп при свободном и подтопленном истечении из-под затвора;

4) сопоставить опытные коэффициенты расхода, скорости и сжатия с принятыми в справочной литературе.

Опытная установка. Работа выполняется в гидравлическом лотке с нулевым уклоном (рис. 26), в котором устанавливается модель плоского вертикального затвора с регулятором подъема по высоте.

Проведение опытов. В лабораторной работе проводятся опыты для свободного, подтопленного и затопленного истечения из-под плоского вертикального затвора.

Рекомендуется следующий порядок проведения опытов:

1) измеряется высота поднятия затвора (высота отверстия) а и его ширина b;

2) задвижкой устанавливается постоянный расход Q воды в лотке;

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

4) при маневрировании концевым затвором достигается отогнанное положение гидравлического прыжка, а следовательно, свободное истечение из-под плоского вертикального затвора (рис. 31, а);

5) при свободном истечении замеряются отметки дна лотка, уровни воды в верхнем бьефе и в сжатом сечении, которое находится на расстоянии а от затвора;

6) расход Q и высота поднятия затвора а остаются прежними. Концевым затвором увеличивается бытовая глубина hб и достигается надвинутое положение гидравлического прыжка. В этом случае будет подтопленное истечение из-под плоского вертикального затвора;

7) при подтопленном истечении (рис.31, б) замеряются отметки уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, а также непосредственно за затвором;

8) расход Q остается прежним. Увеличивается высота поднятия затвора а и достигается сопряжение в НБ без гидравлического прыжка. В этом случае будет затопленное истечение из-под затвора (рис.31, в);

9) при затопленном истечении замеряются отметки уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, высота поднятия затвора.

Рис. 31. Схема истечения из-под затвора:

а – свободное; б – подтопленное; в – затопленное.

Результаты измерений заносятся в табл. 25.1 журнала лабораторных работ.

Т а б л и ц а 25.1. Результаты измерений и обработки опытных данных

№ п. п.	Наименование	Ед. изм.	Виды истечения
сво- бодное	подтоп- ленное	затоп- ленное
1	2	3	4	5	6
1	Расход потока Q	л/с
2	Высота открытия затвора а	мм
3	Отметка уровня воды в ВБ	мм
4	Отметка уровня воды в сжатом сечении	мм
5	Отметка уровня воды за затвором	мм
6	Отметка уровня воды в НБ	мм
7	Напор перед затвором Н	см
8	Средняя скорость потока перед затвором v0	см/с
9	Полный напор перед затвором Н0	см
10	Глубина в сжатом сечении hс	см
П р о д о л ж е н и е т а б л. 25.1.
1	2	3	4	5	6
11	Глубина непосредственно за затвором hZ	см
12	Глубина в нижнем бьефе hб	см
13	Опытный коэффициент расхода	-
14	Опытный и табличный коэффициенты сжатия	-
15	Разница	%
16	Опытное и справочное значение коэффициента скорости	-
17	Разница	%

Постоянные величины: ширина лотка b= см; отметка дна лотка = мм.

Обработка результатов.

1. Для всех видов истечения вычисляется соответствующая скорость подхода v0 = Q/(bH) и соответствующий полный напор Н0 = = Н+αv02/(2g).

2. Из зависимостей (25.2, 25.3, 25.9), соответствующих свободному, подтопленному и затопленному истечению, определяются опытные коэффициенты расхода .

3. Для затопленного истечения сопоставляются опытный коэффициент расхода и принятый по справочной литературе.

4. Для свободного и подтопленного истечения определяются опытные коэффициенты сжатия и скорости . При подтопленном истечении глубина в сжатом сечении hc принимается как для свободного истечения.

5. Сопоставляется опытный коэффициент скорости с принятым по справочной литературе .

6. По значению a/Н определяется табличный коэффициент сжатия (табл. 10 приложения) для свободного и подтопленного истечения и сопоставляется с опытным.

Контрольные вопросы

1. Как установить свободное или несвободное истечение из-под вертикального плоского затвора?

2. Как установить подтопленное и затопленное истечение из-под затвора?