Обработка результатов измерений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ВОДОСЛИВ С ШИРОКИМ ПОРОГОМ»

 

 

Выполнил:
Студент группы
Курс: II
Факультет: Транспортное строительство
Проверил:
	(ФИО преподавателя)

 

Санкт-Петербург, 2017

Лабораторная работа

ВОДОСЛИВ С ШИРОКИМ ПОРОГОМ

Цели работы:

1) Ознакомиться с работой неподтопленного водослива с широким порогом.

2) Определить коэффициент расхода неподтопленного водослива с широким порогом.

3) Ознакомиться с работой подтопленного водослива с широким порогом.

4) Определить коэффициент скорости подтопленного водослива с широким порогом.

Основные теоретические сведения.

Водосливом называется преграда на пути потока, через которую переливается вода. Также водосливом называется замкнутое безнапорное отверстие.

Часть потока, расположенная ниже по течению от водосливной стенки, назы­вается нижним бьефом, а расположенная выше по течению от водосливной стенки — верхним бьефом.

Различают водосливы с тонкой стенкой (рис. 1а), с широким порогом (рис. 1б), и со стенкой практиче­ского профиля (рис. 1в).

а) водослив с тонкой стенкой	б) водосливсо стенкой практиче­ского профиля	в) водосливс широким порогом
δ = (0,1... 0,5)Н	δ = (0,5... 2)Н	δ = (2... 8)Н

Рис. 1 Классификация водосливов по ширине порога водослива

По соотношению уровней воды в нижнем и верхнем бьефах различают подтопленные и неподтопленные водосливы. До тех пор, пока уровень воды в нижнем бьефе не влияет на расход и напор в верхнем бьефе, водослив считается неподтопленным. Когда уровень воды в нижнем бьефе оказывает влияние на расход и напор в верхнем бьефе, водослив считается подтопленным.

Превышение уровня воды в верхнем бьефе над порогом водослива называется геометрическим напором на водосливе. Обозначается Н, единицы измерения – м.

На подходе к водосливу свободная поверхность потока понижается. Это объясняется следующим: как видно из рис. 2, при подходе к водосливу живое сечение потока уменьшается, следовательно, согласно уравнению неразрывности потока, скорость над порогом водослива и кинетическая энергия возрастает. По закону сохранения энергии при увеличении кинетической энергии уменьшается потенциальная энергия. Уменьшение потенциальной энергии ведёт за собой снижение свободной поверхности воды.

Это понижение становится заметным на расстоянии 1_В =(3...5) Н от водосливной стенки. Поэтому геометрический напор следует измерять на расстоянии ≥ 1_В от водосливной стенки.

Водослив с широким порогом показан на рис. 1в. Водосливы относятся к данному классу при соблюдении двух условий. Во-первых, на горизонтальном пороге водослива должен возникать хотя бы небольшой участок плавно изменяющегося движения (1_ср на рис. 2, a). Во-вторых, потери напора по длине на пороге должны быть пренебрежимо малыми по сравнению с местными потерями напора. Эти два условия выполняются, если ширина порога δ удовлетворяет неравенству 2 H < δ < 8H, где H — геометрический напор на водосливе.

Рис. 2: Водослив с широким порогом. Продольный разрез потока.

а — неподтопленный водослив; б — подтопленный водослив.

На рисунке: hб — глубина воды в нижнем бьефе; hп — высота подтопления; C — высота порога; δ — ширина порога; H — геометрический напор на водосливе; h0 — глубина воды в верхнем бьефе;

— отметка уровня воды в верхнем бьефе; — отметка уровня воды на пороге водослива; — отметка уровня воды в нижнем бьефе; — отметка уровня дна канала; — отметка гребня водосливной стенки;

В дорожном строительстве теория водослива с широким порогом используется в гидравлическом расчёте малых мостов и водопропускных труб. При этом усло­вие δ < 8 H не всегда применяется, а потери напора по длине учитываются с помощью эмпирических коэффициентов.

Водосливы с широким порогом, так же как и водосливы с тонкой стенкой, делятся на неподтопленные и подтопленные.

Визуальный признак неподтопленного водослива с широким порогом – два перепада высот над порогом водослива (рис. 2а), при этом уровень воды в нижнем бьефе может быть как ниже порога водослива (), так и выше порога водослива ().

Водослив с широким порогом становится подтопленным, когда выполняется условие h_n > (0,75... 0,85)H₀, где H₀ — полный напор на водосливе, который определяется с учётом скоростной высоты на под­ходе к водосливу:

(1)

где скоростьV_0­ вычисляется для прямоугольного подходного сечения по формуле

(2)

Визуальный признак подтопленного водослива с широким порогом – один перепад высот над порогом водослива (рис. 2б), при этом уровни воды над порогом водослива и в нижнем бьефе становятся одинаковые ().

Для расчёта расхода воды через неподтопленный водослив с широким порогом в случае отсут­ствия бокового сжатия применяется формула:

(3)

где m — коэффициент расхода водослива; b — ширина канала (поперёк потока), в котором установлен водослив.

Для определения расхода подтопленного водослива применяется формула:

(4)

 

Где Н₀ – полный напор перед водосливом с широким порогом, определяемый по формуле (1);

h_п – высота подтопления водослива .

 

Величины коэффициентов расхода m и скорости φ в формулах (3) и (4) для различных конструктивных вариантов неподтопленного водослива с широким поро­гом приводятся в литературе (например, в [1]).

Обработка результатов измерений

В ходе выполнения лабораторной работы заполняется таблица 1.

При выполнении работы добиваются установившегося течения через водослив, соответствующего описанным выше требованиям. Заполняют таблицу 1.

Таблица 1 предполагает, что расход может измеряться объёмным способом:

W – объём воды, м³

t – время, с

Однако лабораторная установка, которой располагает кафедра, позволяет измерять расход также при помощи треугольного водослива с тонкой стенкой (рис. 2).

 

 

Треугольный водослив лабораторной установки имеет центральный угол а = 90° и расход воды через него может определяться, например, по методике [1]. Расчётная формула в этом случае имеет вид:

(5)

где H_тр. — геометрический напор на треугольном водосливе, м.

При расчёте по формуле (5), расход получаем в м³/с, но для дальнейших расчётов его необходимо перевести в см³/с.

 

 

 

ФИО студента: _____________________________ Группа: ___________ Дата выполнения работы: _____________

Таблица 1 Данные наблюдений на водосливе с широким порогом

№ опыта	Тип водослива	отметки	Ширина лотка	Объём воды	Время	Геометрический напор на треугольном водосливе	Расход
					b	W	t	Hтр.	Q
см	см	см	см	см	см	л	с	м	см3/с

Таблица 2 Расчётные данные

№ опыта	Тип водослива	Глубина воды на пороге водослива	Глубина воды в НБ	Высота подтопления водослива	Геометрический напор на водосливе	Коэффициент расхода неподтопленного водослива
см	см	см	см	-

Таблица 3 Расчётные данные для подтопленного водослива

№ опыта	Тип водослива	Глубина воды в ВБ	Скорость воды в ВБ	Скоростная высота	Полный напор на водосливе	Коэффициент скорости подтопленного водослива
см	см/с			-

 

После заполнения таблиц следует сделать вывод о близости полученных значений коэффициента расхода и скорости к известным из литературы значениям[1].

ВЫВОДЫ:

 

 

 

Лабораторная работа

ВОДОСЛИВ С ШИРОКИМ ПОРОГОМ

Вопросы к лабораторной работе:

 

1. Дайте определение водослива. Что такое верхний бьеф, нижний бьеф?

2. Назовите типы водосливов (по ширине порога водослива).

3. Назовите типы водосливов (по условию влияния НБ на ВБ).

4. Нарисуйте схему и объясните понятие водослива с широким порогом.

5. Нарисуйте схему неподтопленного водослива с широким порогом. Визуальный признак неподтопленного водослива с широким порогом.

6. Нарисуйте схему подтопленного водослива с широким порогом. Визуальный признак подтопления водослива с широким порогом.

7. Покажите геометрический напор и полный напор на водосливе с широким порогом.

8. Назовите условие подтопления водослива с широким порогом.

9. Почему свободная поверхность потока понижается на подходе к водосливу?

10. Напишите формулу для определения расхода для неподтопленного водослива с широким порогом.

11. Напишите формулу для определения расхода для подтопленного водослива с широким порогом.

 

Литература:

1) Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учебник для вузов. - 6-е изд., репринтное. - М.: Издательский Дом «БАСТЕТ», 2013. - 672 с.; ил.

2) Штеренлихт, Д.В. Гидравлика. [Электронный ресурс] - Электрон. дан.-СПб.:Лань,2015.-656с.-Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/64346

3) Гидравлика: метод.указания к лабораторным работам/Сост.А.Б. Пономарёв. И.П. Пылаев, Е.В. Русанова, Е.А. Соловьёва, В.И. Штыков, А.А. Яковлев; под общ. ред. В.И. Штыкова.–СПб.: ФГБОУ ВПО ПГУПС, 2015. – 56 с.

 

[1] Для неподтопленного водослива с широким порогом m ≈ 0,32…0,35. Коэффициент скорости подтопленного водослива с широким порогом для рассматриваемого случая равен φ ≈ 0,92…0,94.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: