Issledovanie_cherez_istechenie_cherez_vodosliv_s_tonkoy_stenkoy

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» САЯНО-ШУШЕНСКИЙ ФИЛИАЛ

Лабораторная работа №9

по дисциплине гидравлика

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВОДОСЛИВ С ТОНКОЙ СТЕНКОЙ

Преподаватель __________ Андрияс А.А. . подпись, дата _{инициалы,фамилия}

Студенты _ГЭ18-01Б __________ Бугаев Д.С.

номер группы подпись, дата Соловьева М.О.

Зинкевич Ю.А.

Иванова Д.И.

Черёмушки, 2020 г

Цель работы:

Исследование картины протекания жидкости через водослив с тонкой стенкой. Изучение теории водосливов с тонкой стенкой. Приобретение навыков практического использования и расчета водосливов с тонкой стенкой.

Общие сведения:

Водосливом называется безнапорное отверстие (вырез, сделанный в гребне стенки), через которое протекает вода. Движение потока жидкости через водослив называется истечением через водослив. Участок потока выше гидротехнического сооружения по течению называется верхним бьефом; ниже сооружения располагается нижний бьеф. Верхняя часть водослива, через которую происходит истечение, называется гребнем водослива. Водослив с тонкой стенкой образуется в случае, когда струя воды, переливающаяся через стенку водослива, формируется под действием только верховой грани этой стенки, а остальные грани – низовая и ограничивающая стенку сверху – не оказывают влияния на картину истечения. При вертикальной стенке протекание через водослив с тонкой стенкой происходит, когда ее толщина δ удовлетворяет условию:

  ,...,H

где H – геометрический напор на водосливе, т. е. превышение уровня воды верхнего бьефа над гребнем водосливной стенки, измеренное в сечении, где практически не наблюдается понижение свободной поверхности потока, обусловленное истечением воды через водослив (рис. 9.1).

Рисунок 9.1. Схема водосливов.

a) неподтопленный; б)подтопленный

При истечении через прямоугольный водослив с острым гребнем струя может принимать различные формы: свободную (рис. 9.2,а), поджатую не дотопленную (рис. 9.2,б), поджатую подтопленную (рис. 9.2,в) и прилипшую (рис. 9.2,г).

Расход через неподтопленный прямоугольный водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия определяется по формуле:

где – коэффициент расхода с учетом скорости подхода потока к водосливу; b – ширина водослива по ребру; Н – геометрический напор (без учета скорости подхода).

Расход через подтопленный прямоугольный водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия определяется по формуле:

где – коэффициент подтопления, который определяется по зависимости:

где – превышение уровня воды в нижнем бьефе над гребнем водослива (глубина подтопления).

Коэффициент расхода определим по формуле:

где – высота водосливной стенки со стороны верхнего бьефа.

Описание опытной установки:

Лабораторная работа выполняется на экспериментальном стенде «Лоток гидравлический» (рис. 9.3).

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 неподтопленный водослив. Под переливающуюся через водослив струю вводится воздухоподводящая трубка. С помощью того же затвора устанавливается такой уровень воды в нижнем бьефе, при котором происходит истечение, как через подтопленный водослив.

В такой же последовательности проводятся еще два-три опыта при других расходах.

Все результаты измерений и расчетов для каждого опыта заносятся в заранее подготовленную таблицу 9.1, 9.2, 9.1.

Таблица 9.1- Результаты измерений и обработки опытных данных для первого расхода

Номер, п/п	Характеристики	Обозначения	Размерность	Тип водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия
				неподтопленный		подтопленный
1	Ширина водослива	b	м	0,25		0,25
2	Отметка дна лотка		м	0		0
3	Отметка гребня водослива		м	0,24		0,24
4	Отметка уровня воды в верхнем бьефе		м	0,31		0,32
5	Отметка уровня воды в нижнем бьефе		м	0,025		0,28
6	Глубина воды в верхнем бьефе		м	0,31		0,32
7	Глубина воды в нижнем бьефе		м	0,025		0,28
8	Геометрический перепад на водосливе	z	м	0,29		0,04
9	Геометрический напор на водосливе	H	м	0,074		0,075
10	Высота водосливной стенки	C	м	0,24		0,24
11	Величина подтопления		м	-0,21		0,039
12	Коэффициент подтопления		-	1		0,9
13	Коэффициент расхода водослива		-	0,42		0,42
14	Расход воды	Q		0,009	0,008

Таблица 9.2 - Результаты измерений и обработки опытных данных для второго расхода

Номер, п/п	Характеристики	Обозначения	Размерность	Тип водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия
				неподтопленный		подтопленный
1	Ширина водослива	b	м	0,25		0,25
2	Отметка дна лотка		м	0		0
3	Отметка гребня водослива		м	0,24		0,24
4	Отметка уровня воды в верхнем бьефе		м	0,30		0,31
5	Отметка уровня воды в нижнем бьефе		м	0,02		0,29
6	Глубина воды в верхнем бьефе		м	0,3		0,31
7	Глубина воды в нижнем бьефе		м	0,02		0,29
8	Геометрический перепад на водосливе	z	м	0,28		0,02
9	Геометрический напор на водосливе	H	м	0,065		0,07
10	Высота водосливной стенки	C	м	0,24		0,24
11	Величина подтопления		м	-0,22		0,05
12	Коэффициент подтопления		-	1		0,7
13	Коэффициент расхода водослива		-	0,41		0,41
14	Расход воды	Q		0,008	0,006

Таблица 9.3 - Результаты измерений и обработки опытных данных для третьего расхода

Номер, п/п	Характеристики	Обозначения	Размерность	Тип водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия
				неподтопленный		подтопленный
1	Ширина водослива	b	м	0,25		0,25
2	Отметка дна лотка		м	0		0
3	Отметка гребня водослива		м	0,24		0,24
4	Отметка уровня воды в верхнем бьефе		м	0,294		0,295
5	Отметка уровня воды в нижнем бьефе		м	0,02		0,27
6	Глубина воды в верхнем бьефе		м	0,294		0,295
7	Глубина воды в нижнем бьефе		м	0,02		0,27
8	Геометрический перепад на водосливе	z	м	0,27		0,025
9	Геометрический напор на водосливе	H	м	0,054		0,055
10	Высота водосливной стенки	C	м	0,24		0,24
11	Величина подтопления		м	-0,22		0,03
12	Коэффициент подтопления		-	1		0,8
13	Коэффициент расхода водослива		-	0,41		0,41
14	Расход воды	Q		0,006	0,005

Обработка опытных данных:

Определяется глубина воды в верхнем бьефе:

Определяется глубина воды в нижнем бьефе:

Определяется геометрический перепад на водосливе:

Определяется геометрический напор на водосливе:

Определяется высота водосливной стенки:

Для подтопленного водослива определяется величина подтопления:

Вывод: в ходе проделанной работы были исследованы картины протекания жидкости через водослив с тонкой стенкой, изучены теории водосливов с тонкой стенкой, приобретены навыки практического использования и расчета водосливов с тонкой стенкой.

С помощью измеренных данных расчетным путем были посчитаны расходы для неподтопленного и подтопленного водослива. В связи с погрешностью измерений расходы незначительно различны.

1)Водослив – называется безнапорное отверстие (вырез, сделанный в гребне стенки), через которое протекает вода. Движение потока жидкости через водослив называется истечением через водослив.

2) Геометрический напор- H – геометрический напор на водосливе, т. е. превышение уровня воды верхнего бьефа над гребнем водосливной стенки, измеренное в сечении,

3) По форме выреза водосливы с тонкой стенкой подразделяются на прямоугольные, трапецеидальные, треугольные, параболические и др.

По условиям протекания через прямоугольные водосливные отверстия и в зависимости от соотношения размеров ширины отверстия b и подводящего канала В водосливы могут быть: - без бокового сжатия потока, когда ширина водосливного фронта равна ширине подводящего канала; - с боковым сжатием, когда ширина водосливного фронта меньше ширины канала.

По типу сопряжения переливающийся струи через водослив с нижним бьефом различают водосливы: - неподтопленные, если уровень нижнего бьефа не влияет на истечение (рис. 9.1,а); - подтопленные, если уровень нижнего бьефа оказывает влияние на истечение (рис. 9.1,б).

6) Наличие коэффициента подтопление , следовательно расход будет определен как

7) На коэффициент подтопления влияют превышения воды в нижнем бьефе над гребнем стенки водослива.

8) При истечении через прямоугольный водослив с острым гребнем струя может принимать различные формы: свободную (рис. 9.2,а), поджатую не дотопленную (рис. 9.2,б), поджатую подтопленную (рис. 9.2,в) и прилипшую (рис. 9.2,г).