Определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определить коэффициенты расхода и скорости неподтопленного водослива с широким порогом и коэффициенты расхода, подтоп­ления и скорости подтопленного водослива с широким порогом.

Построить кривые свободной поверхности для неподтопленного и подтопленного водослива с широким порогом.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Водосливом с широким порогом называют водослив с горизонтальной поверхностью порога при 2 < определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru < 10, где S - ширина (толщина) порога водослива. При такой ширине порога потери напора по длине малы и не учитываются при расчете водосливов. В зависимости от относительной ширины определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru на пороге водослива устанавливаются различные формы свободной поверхности (рисунки 5.1 и 5.2).

Несмотря на сложную форму движения воды на пороге, можно выделить ряд сечений, в которых кривизна свободной поверхности мала или может считаться равной нулю. В этих сечениях давления распределяются по гидростатическому закону и устанавливается глу­бина h на пороге водослива, которая является расчетной при выводе формулы, истечения через водослив с широким порогом. Формула, по которой определяется расход водослива, имеет вид:

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru (5.1)

где ϕ - коэффициент скорости;

b - ширина водосливного фронта, м;

h - глубина воды на пороге водослива, м;

Н0 - напор с учетом скорости подхода, м.

Выражение (5.1) после преобразования приводится к общей формуле водослива:

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru (5.2)

где m - безразмерный коэффициент расхода водослива.

Напор с учетом скорости подхода определяется из выражения

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru (5.3)

где определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru -скорость подхода к водосливу, м/с;

α - коэффициент Кориолиса (α ≈ 1,1).

Значения коэффициентов m иϕ

Эксперименты показывают, что при движении потока через водослив решающее влияние на коэффициент m оказывают сопротивления, отражаемые коэффициентом скорости ϕ. Сопротивления для неподтопленного водослива зависят от относительной высоты порога определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru , формы порога на входе, бокового сжатия, формы входа в плане и относительного напора определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru . В таблице 5.1 приводится зависимость коэффициента расхода m от коэффициента скорости ϕ, а в таблице 5.2 - зависимость коэффициента расхода для водослива с широким порогом без бокового сжатия от определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

Таблица 5.1

ϕ 0,94 0,96 0,97 0,98 1,0
m 0,3 0,32 0,34 0,36 0,385

Таблица 5.2

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 4,0 6,0
m 0,385 0,366 0,356 0,350 0,45 0,342 0,333 0,327 0,325 0,320

Подтопленный водослив с широким порогом

Подтопление водослива с широким порогом наступает лишь по­сле того, как уровень воды в нижнем бьефе поднимется над порогом выше определенного предела. Этот предел, при котором наступает подтопление водослива зависит от величины определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru (Δ - превышение уровня воды в нижнем бьефе над порогом водослива, Δ = h6 - Р).

На рисунке 5.2 представлена схема подтопленного водослива. На по­роге водослива устанавливается спокойное состояние потока с глуби­нами большими критической глубины hкр.

Подтопление водослива наступает при следующих значениях определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru :

- при плавном входе на порог

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru (5.4)

- при неплавном входе на порог

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru (5.5)

Значения коэффициентов расхода m и скорости ϕ для подтопленного водослива с широким порогом по данным Д.И. Кумина приводятся в таблице 5.3.

Таблица 5.3

ϕn 0,76 0,84 0,90 0,96 0,99
m 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,385

Расчетная формула для подтопленного водослива с широким порогом без учета перепада восстановления имеет вид:

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru (5.6)

где определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru - коэффициент скорости подтопленного водослива.

Выражение (5.6) после преобразования приводится к общей формуле водослива:

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru (5.7)

где определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru - безразмерный коэффициент подтопления.

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

а)

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

б)

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

в)

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

г)

Рисунок 5.1 - Неподтопленный водослив с широким порогом

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

Рисунок 5.2 - Подтопленный водослив с широким порогом

3. ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ

На рисунке 1.1 представлена схема опытной установки. Вода по трубопроводу 1 подается в приемную камеру 3. Расход воды регулируется с помощью задвижки 2. Напор воды на водосливе-водомере 5 измеряется с помощью пьезометра 4. В средней части лотка 6 устанавливается исследуемый водослив с широким порогом шириной S =0,32 м. В паз 7 вставлен затвор, который используется для изменения режима движения жидкости в лотке и на пороге водослива.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Для установившегося движения на водосливе с широким пороем (для одной из схем, представленных на рисунках 5.1 и 5.2) определяют отметки уровня воды, порога водослива и дна лотка. Данные заносят в таблицу 5.4. Расстояния между створами и количество створов даны на рисунке 5.3.

Расход воды определяется по тарировочной кривой при помощи водослива-водомера.

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

Рисунок 5.3 - Схема к построению кривой свободной поверхности на водосливе с широким порогом

5. ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Расчет производится в табличной форме (таблица 5.5)

1. Определяется высота водослива

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

2. Находится напор в сечении 1-1 (рисунок 5.3)

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

3. Вычисляется скорость подхода из выражения

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

где определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru - площадь живого сечения потока перед водосливом, м2;

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru - расход по тарировочной кривой, м3/с.

4. Определяется напор с учетом скорости подхода по форму­ле (5.3).

5. Находится глубина на пороге водослива в сечении 9-9, где давления распределяются по закону близкому к гидростатическому

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

6. Вычисляются опытные значения коэффициентов расхода т, коэффициентов скорости ϕ и ϕn коэффициента подтопления σn из формул (5.1), (5.2), (5.6), (5.7):

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

где определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru - глубина в сечении 9-9 для неподтопленного водослива, м;

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru

где определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru - коэффициент расхода подтопленного водослива;

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru - полный напор подтопленного водослива, м;

определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru - глубина в сечении 9-9 для подтопленного водослива, м.

7. Опытные коэффициенты m, ϕ, ϕn сравниваются со справочными их значениями (таблицы 5.1, 5.2 и 5.3) и делается вывод.


Наименование Сечения
1. Расстояние между сечениями, м 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15
2. Отметки поверхности струи, м                              
3. Отметка порога, м                              
4. Глубина на пороге, м                              
5. Критическая глубина, hкр, м                              
                                                           

Таблица 5.4 - Данные для построения профиля струи

Таблица 5.5 - Опытные данные

Наименование Водослив
неподтопленный подтоп­ленный
1. Отметка дна лотка 𝛁дна, м    
2. Отметка порога водослива, м    
3. Высота порога водослива, м    
4. Отметка уровня воды перед водосли­вом (сечение 1-1), м    
5. Напор воды над порогом водослива Н, м    
6. Ширина водослива b, м    
7. Расход воды Q*10-3, м3/с (по тарировочной кривой)    
8. Скорость подхода Vo, м/с    
9. Скоростной напор определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru , м    
10. Полный напор Но, м    
11. Отметка поверхности воды на поро­ге (сечение 9-9), м    
12. Глубина на пороге h, м    
13. Коэффициент расхода т    
14. Коэффициент скорости ϕ    
15. Коэффициент подтопления определение коэффициентов расхода и скорости, построение свободной поверхности на водосливе с широким порогом - student2.ru    

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Наши рекомендации