Исследование работы водобойной стенки

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментальным путем установить высоту водобойной стенки и её местоположение за сооружением. Овладеть методикой расчета водобойных стенок.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При сбросе воды в отводящее русло происходит преобразова­ние потенциальной энергии в кинетическую. Поэтому, сопряжение бьефов часто происходит по типу отогнанного гидравлического прыж­ка. Это заставляет устраивать дорогое крепление отводящего русла на значительном протяжении. Удешевление строительства водобоя и рис­бермы можно достигнуть различными путями. Однако наиболее эф­фективно осуществляется гашение энергии при устройстве искусст­венных сооружений, в частности, водобойных стенок. Эти сооружения называются гасителями энергии, позволяют повысить глубину нижне­го бьефа у сбросного сооружения и осуществить сопряжение бьефов по типу надвинутого гидравлического прыжка.

Гидравлический расчет водобойных стенок заключается в оп­ределении их высоты и местоположения за сооружением.

Высота водобойной стенки определяется по зависимости:

, (8.1)

где - высота водобойной стенки, м

σ - коэффициент запаса (σ = 1,05 ÷ 1,1);

- сопряженная глубина, м;

- напор над водобойной стенкой, м.

Сопряженная глубина определяется по формуле (8.1):

, (8.2)

где - параметр кинетичности потока в сечении с-с;

- глубина в сечении с-с, м.

Глубина в сжатом сечении с-с для прямоугольного русла вычисляется способом подбора из уравнения:

(8.3)

где - удельный расход, м³/с*м;

ϕ - коэффициент скорости;

b - ширина лотка, м;

- полная удельная энергия потока относительно дна нижнего бьефа, м.

Для решения уравнения (8.3) предложен ряд методов, основанных на использовании графиков и таблиц. Одним из таких методов вычисления глубин в сжатом сечении и сопряженной с ней глубины , является способ И.И. Агроскина. Способ состоит в следующем:

- определяется (где - высота водослива, м; - напор на водосливе, м; - скорость подхода м/с);

- вычисляется вспомогательная функция

- при помощи таблицы приложения 18 (см. «Сборник задач по гидравлике»/ под ред.Большакова В.А., Киев: «Вища школа», 1979.), по вычисленной и значению ϕ, определяются относительные глубины и :

и

- зная величины и , находятся глубины:

и

Напор над стенкой определяется из формулы водослива (8.1):

(8.4)

где - коэффициент расхода, принимаемый для водобойной стенки 0,42.

Вычислив , находится :

(8.5)

где - скорость потока перед стенкой .

Местоположение водобойной стенки l_cm определяется m усло­вия, что за сооружением перед стенкой размещается подпертый гид­равлический прыжок. Длина подпертого гидравлического прыжка на­ходится по зависимости:

(8.6)

Местоположение водобойной стенки определится

(8.7)

3. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Описание установки дается в лабораторной работе №1.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

В лоток 6 подается вода. За сооружением 15 (рисунок 8.1) при помощи затвора 7 устанавливается сопряжение потока с отогнанным гидравлическим прыжком. С помощью шпиценмасштаба измеряются отметки уровня воды и дна в сечении с-с. Затем в пазы 18поочерёдно вставляются водобойные стенки 17 разной высоты. Подбирается такая высота стенки Р_ст и расстояние 1_ст, при которой будет обеспечено сопряжение потока с подпертым гидравлическим прыжком.

Измеряются отметки уровней воды, дна, верха водобойной стенки шпиценмасштабом 14. Сантиметровой линейкой измеряется расстояние 1_ст от сжатого сечения до стенки. Расход воды определяет­ся с помощью водослива-водомера 5 по тарировочной кривой Q = f(H).

Результаты измерений заносятся в таблицу 8.1.

Рисунок 8.1 - Гашение энергии водобойной стенкой

Таблица 8.1 - Опытные расчетные данные

Наименование	Результаты
опытные	расчетные
1. Отметки дна 𝛁Д, м		-
𝛁Д1,м		-
𝛁Д2, М		-
2. Отметки уровня воды 𝛁увб,м		-
𝛁c-c , м		-
𝛁1, м		-
𝛁 2, м		-
3. Отметки верха стенки 𝛁cm,м		-
гребня 𝛁 порог, м
4. Высота сооружения Р, м		-
5. Напор Н,м		-
6. Глубина hc, м
7. Глубина hc", м
8. Напор Н1,м
9. Бытовая глубина hб, м
10. Перепад z, м		-
11. Расход Q, м3/с		-
12. Ширина лотка b, м		-
13. Скорость подхода к сооружению, V0, м/с	-
14. Скорость перед стенкой V01 м/с	-
15. Полная удельная энергия потока Е0, м	-
16. Высота стенки Рст,м
17. Расстояние 1ст, м

5. ПОРЯДОК ВЫЧИСЛЕНИЯ

5.1. Порядок вычисления опытных величин

1. Определяется высота сооружения

2. Находятся напоры на гребне сооружения Н и водобойной стенке Н₁:

3. Вычисляются глубины: сжатая ; сопряженная и бытовая h_б

4. Определяется перепад z: .

5. Вычисляется опытная высота стенки

6. Определяется опытное местоположение стенки .

5.2. Расчет высоты стенки и ее местоположения

1. Определяются скорость подхода к сооружению V₀ и скорость перед стенкой V₀₁:

2. Вычисляется полная удельная энергия

3. Определяются сжатая и сопряженная с ней глубины и по одному из способов: подбором с помощью уравнений (8.2) и (8.3) или методом И.И. Агроскина.

4. Находится напор над водобойной стенкой по формуле (8.5).

5. Определяется высота водобойной стенки из выражения (8.1)

6. Вычисляется местоположение водобойной стенки по формуле (8.3).

7. Полученные опытные значения и , сравниваются с расчетными: высотой стенки и расстоянием .

8. Делается вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9