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 C_в.

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 прыжком_сп1 и после прыжка_сп2, 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

1. 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.

2. 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).

3. Какой вид имеет и когда возникает гидравлический прыжок?

4. Что такое прыжковая функция?