Министерство науки и образования Российской Федерации |
|||||||||||||||||||||||
|
Федеральное государственное автономное |
|
|||||||||||||||||||||
|
образовательное учреждение |
|
|||||||||||||||||||||
|
высшего образования |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
Саяно-Шушенский филиал |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
институт |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Гидротехнических сооружений и гидромашин |
|
|||||||||||||||||||||
|
кафедра |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №12 |
|||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||
По «гидромеханике» наименование дисциплины
«Исследование совершенного гидравлического прыжка» тема работы
|
|||||||||||||||||||||||
Преподаватель |
|
|
|
|
|
А.А. Андрияс |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Студент |
ГЭ21-01Б, 542154239 |
|
|
|
А.Э.Дюбанова |
||||||||||||||||||
|
номер группы, зачетной книжки |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия
|
||||||||||||||||||
Студент |
ГЭ21-01Б, 542154 |
|
|
|
Д.П.Савченко |
||||||||||||||||||
|
номер группы, зачетной книжки |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия
|
||||||||||||||||||
Студент |
ГЭ21-01Б, 542154277 |
|
|
|
Я.А.Солдатова |
||||||||||||||||||
|
номер группы, зачетной книжки |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия
|
||||||||||||||||||
Студент |
ГЭ21-01Б, 542154263 |
|
|
|
Ю.Д.Целуева |
||||||||||||||||||
|
номер группы, зачетной книжки |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия
|
Черёмушки 2023
Цель работы: усвоение теории гидравлического прыжка; приобретение навыков определения вида прыжка и расчёта его параметров.
Описание опытной установки:
Рисунок 1 – Схема экспериментального стенда «Лоток гидравлический»
Элементы стенда: 1 – лоток прямоугольного сечения; 2 – напорный бак; 3 – сливной бак; 4 – регулировочный затвор на входе в лоток; 5 – регулировоч-ный затвор на выходе из лотка; 6 – гидрометрическая вертушка; 7 – шпицен-масштабы; 8 –измерительная линейка; 9 – пьезометрический щит; 10 – насос; 11 – задвижка на всасывающем трубопроводе; 12 – задвижка на напорном трубопроводе; 13 – рама.
В работе рассматривается гидравлический прыжок, образующийся при истечении из-под щита (регулировочного затвора на входе в лоток). В качестве мерного водослива для определения расхода используется водослив с тонкой стенкой.
Порядок выполнения работы:
В лоток прямоугольного сечения 1 устанавливается водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия.
Замеряется ширина гребня водослива (ширина лотка 1). Производится пуск насоса 10, подающего воду в напорный бак 2. Открытием задвижки на напорном трубопроводе 12 устанавливается необходимый расход в лотке 1.
С помощью регулировочного затвора 5 устанавливается такой уровень воды в нижнем бьефе, при котором происходит истечение, как через непод-топленный водослив. Фиксируется значение геометрического напора на водо-сливе H и высоты водосливной стенки со стороны верхнего бьефа Cв.
Далее, не меняя расход, в лотке производится извлечение из лотка водо-слива с тонкой стенкой и рассматривается гидравлический прыжок, получаемый при истечении из-под регулировочного затвора на входе в лоток 5.
Шпиценмасштабом 7 фиксируются отметки свободной поверхности перед прыжкомсп1 и после прыжкасп2, сопряженные глубины h' и h''. С помощью измерительной линейки 8 определяется опытное значение длины гидравли-ческого прыжка, его высота и вид прыжка.
Опыт проводится дважды при разных расходах воды Q в гидравлическом лотке.
Результаты измерений и расчетов заносятся в таблицу 1.
Расчётные формулы:
Наименование и обозначение большинства параметров, используемых в формулах ниже, представлено в таблице 1.
где – ускорение свободного падения, м2/с .
– коэффициент Кориолиса для турбулентного режима.
Формулы длины гидравлического прыжка:
1) Павловского:
2) Пикалова:
3) Айвазяна:
Гидравлический прыжок по внешнему виду и внутренним характеристи-кам подразделяется на:
- совершенный (Fr > 6);
- несовершенный (6 > Fr > 3);
- прыжок волну (Fr < 3).
4) Бахметева-Матцке:
5) Сафранеца:
Ход работы:
Таблица 1 – Результаты измерений и обработки опытных данных
№ п/п |
Наименование параметров |
Обозначения |
Размерность |
Опыты |
|
1 |
2 |
||||
1 |
Ширина водослива |
|
м |
0,25 |
0,25 |
2 |
Геометрический напор на мерном водосливе |
|
м |
0,065 |
0,055 |
3 |
Высота водосливной стенки со стороны верхнего бьефа |
|
м |
0,24 |
0,24 |
4 |
Коэффициент расхода мерного водослива с учетом скорости подхода |
|
- |
0,416 |
0,413 |
5 |
Расход воды |
|
м3/с |
0,0076 |
0,0059 |
6 |
Живое сечение потока до гидравлического прыжка |
|
м2 |
0,006 |
0,004 |
7 |
Живое сечение потока после гидравлического прыжка |
|
м2 |
0,024 |
0,019 |
8 |
Средняя скорость в сечении до гидравлического прыжка |
|
м/с |
1,387 |
1,389 |
9 |
Средняя скорость в сечении за гидравлическим прыжком |
|
м/с |
0,321 |
0,315 |
10 |
Отметка свободной поверхности перед гидравлическим прыжком |
|
м |
0,025 |
0,02 |
11 |
Отметка свободной поверхности за гидравлическим прыжком |
|
м |
0,095 |
0,075 |
12 |
Первая сопряженная глубина (опыт) |
|
м |
0,022 |
0,017 |
13 |
Вторая сопряженная глубина (опыт) |
|
м |
0,095 |
0,075 |
14 |
Высота гидравлического прыжка (опыт) |
|
м |
0,07 |
0,055 |
15 |
Длина гидравлического прыжка (опыт) |
|
м |
0,256 |
0,225 |
16 |
Параметр (число) Фруда |
|
- |
9,802 |
12,731 |
17 |
Наблюдаемый вид прыжка |
- |
- |
Совершенный |
Совершенный |
18 |
Параметр кинетичности перед прыжком |
|
- |
9,802 |
12,731 |
19 |
Параметр кинетичности за прыжком |
|
- |
0,122 |
0,148 |
Продолжение таблицы 1
№ п/п |
Наименование параметров |
Обозначения |
Размерность |
Опыты |
|
1 |
2 |
||||
20 |
Расчетная вторая сопряженная глубина |
(теор) |
м |
0,087 |
0,078 |
21 |
Относительная ошибка |
|
% |
-9,16 |
3,48 |
22 |
Длина гидравлического прыжка: |
|
|
|
|
|
- по Павловскому |
|
м |
0,358 |
0,327 |
|
- по Пикалову |
|
м |
0,289 |
0,252 |
|
- по Айвазяну |
|
м |
0,385 |
0,361 |
|
- по Бахметеву-Матцке |
|
м |
0,325 |
0,304 |
|
- по Сафранецу |
|
м |
0,392 |
0,350 |
23 |
Относительная ошибка: |
|
|
|
|
|
- по Павловскому |
|
% |
28,57 |
31,10 |
|
- по Пикалову |
|
% |
11,49 |
10,70 |
|
- по Айвазяну |
|
% |
33,47 |
37,66 |
|
- по Бахметеву-Матцке |
|
% |
21,26 |
25,87 |
|
- по Сафранецу |
|
% |
34,63 |
35,65 |
24 |
Потери напора в гидравлическом прыжке: |
|
|
|
|
|
- в опыте |
|
м |
0,029 |
0,033 |
|
- по расчету |
|
м |
0,036 |
0,042 |
25 |
Относительная ошибка |
|
% |
19,13 |
23,09 |
Вывод: в ходе проделанной работы были исследованы картины проте-кания жидкости через водослив с тонкой стенкой, изучены теории водосливов с тонкой стенкой, приобретены навыки практического использования и расчета водосливов с тонкой стенкой.
В обоих опытах длина прыжка, посчитанная по формуле Пикалова, имеет наименьшую погрешность в сравнении с длиной прыжка, полученной опытным путём.
Контрольные вопросы
Какое гидравлическое явление называется гидравлическим прыжком?
Гидравлический прыжок — явление резкого скачкообразного повышения уровня воды в открытом русле при переходе потока жидкости из бурного состояния в спокойное, т.е. переход от глубин, меньших критической, к глубинам, большим критической.
Что такое совершенный, несовершенный, волнистый, подпертый, отогнанный и надвинутый гидравлический прыжок?
Совершенный гидравлический прыжок – это прыжок, в котором над основной транзитной струей образуется участок с водоворотным движением (поверхностный валец).
Глубины перед прыжком h1 и после него h2 называются взаимными или сопряженными. В зависимости от соотношения взаимных глубин прыжок бывает совершенным (рис. 4.5.1 а) или волнистым (рис. 4.5.1 б).
Какой вид имеет и когда возникает гидравлический прыжок?
Что такое прыжковая функция?