Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Саяно-Шушенский филиал СФУ

институт

Гидротехнических сооружений и гидравлических машин

кафедра

Лабораторная работа №2

Гидромеханика

наименование дисциплины

Исследование истечения через водослив с тонкой стенкой

тема

Преподаватель _________ Андрияс А.А.

подпись, дата фамилия, инициалы

А.О.Сицкая

Д.Ю.Кицина

Студенты СБ19-01Б _________ Е.А.Каплунов

номер группы подпись, дата фамилия, инициалы

Г. Саяногорск, рп. Черемушки, 2021

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.

Используемые формулы:

Глубина воды в верхнем бьефе:

(1)

Глубина воды в нижнем бьефе:

(2)

Геометрический перепад на водосливе:

(3)

Геометрический напор на водосливе:

(4)

Высота водосливной стенки:

(5)

Величина подтопления (для подтопленного водослива):

(6)

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

(7)

m₀ – 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:

(8)

где –коэффициент подтопления, который определяется по зависимости

(9)

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

Коэффициент расхода водослива:

(10)

где C_в – высота водосливной стенки со стороны верхнего бьефа.

Ход 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. Шпиценмасштабом 7 фиксируются отметки дна лотка дн , гребня водослива гр , уровней воды в верхнем и нижнем бьефах вб и нб для неподтопленного и подтопленного водосливов. В такой же последовательности проводятся еще два-три опыта при других расходах.

Рис. 2.1. Схема экспериментального стенда «Лоток гидравлический»:

1 – лоток прямоугольного сечения; 2 – напорный бак; 3 – сливной бак; 4 –регулировочный затвор на входе в лоток; 5 – регулировочный затвор на выходе из лотка; 6 – гидрометрическая вертушка; 7 – шпиценмасштабы; 8 – измерительная линейка;9 – пьезометрический щит; 10 – насос; 11 – задвижка на всасывающем трубопроводе; 12 – задвижка на напорном трубопроводе; 13 – рама.

Пример расчёта для подтопленного водослива в опыте №1:

Определяем глубина воды в верхнем бьефе по формуле (1):

Глубина воды в нижнем бьефе по формуле (2):

Геометрический перепад на водосливе по формуле (3):

Геометрический напор на водосливе по формуле (4):

Высота водосливной стенки по формуле (5):

Значение коэффициента подтопления (для неподтопленного водослива для подтопленного водослива определяется по формуле (9):

Коэффициент расхода водослива по формуле (10):

Определяется значение расхода при истечении: для подтопленного

водослива по формуле (8):

Все результаты измерений и расчетов для каждого опыта заносятся в

таблицы 1-3.

Таблица 1 Результаты измерений и обработки опытных данных для опыта №1

№	Характеристики	Обозначение	Размер	Тип водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия
				неподтопленный	подтопленный
1	Ширина водослива	b	м	0,247	0,247
2	Отметка дна лотка		м	0	0
3	Отметка гребня водослива		м	0,24	0,24
4	Отметка уровня воды в ВБ		м	0,304	0,314
5	Отметка уровня воды в НБ		м	0,028	0,295
6	Глубина воды в ВБ		м	0,304	0,314
7	Глубина воды в НБ		м	0,028	0,295
8	Геометрический перепад на водосливе	z	м	0,276	0,019
9	Геометрический напор на водосливе	H	м	0,064	0,074
10	Высота водосливной стенки	C	м	0,24	0,24
11	Величина подтопления		м	-	0,055
12	Коэффициент подтопления		-	1	0,698
13	Коэффициент расхода водослива		-	0,413	0,415
14	Расход воды	Q		0,0073	0,0064

Таблица 2 Результаты измерений и обработки опытных данных для опыта №2

№	Характеристики	Обозначение	Размер	Тип водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия
				неподтопленный	подтопленный
1	Ширина водослива	b	м	0,247	0,247
2	Отметка дна лотка		м	0	0
3	Отметка гребня водослива		м	0,24	0,24
4	Отметка уровня воды в ВБ		м	0,29	0,296
5	Отметка уровня воды в НБ		м	0,023	0,273
6	Глубина воды в ВБ		м	0,29	0,296
7	Глубина воды в НБ		м	0,023	0,273
8	Геометрический перепад на водосливе	z	м	0,267	0,023
9	Геометрический напор на водосливе	H	м	0,05	0,056
10	Высота водосливной стенки	C	м	0,24	0,24
11	Величина подтопления		м	-	0,033
12	Коэффициент подтопления		-	1	0,802
13	Коэффициент расхода водослива		-	0,410	0,412
14	Расход воды	Q		0,0050	0,0048

Таблица 3 Результаты измерений и обработки опытных данных для опыта №3

№	Характеристики	Обозначение	Размер	Тип водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия
				неподтопленный	подтопленный
1	Ширина водослива	b	м	0,247	0,247
2	Отметка дна лотка		м	0	0
3	Отметка гребня водослива		м	0,24	0,24
4	Отметка уровня воды в ВБ		м	0,279	0,277
5	Отметка уровня воды в НБ		м	0,018	0,26
6	Глубина воды в ВБ		м	0,279	0,277
7	Глубина воды в НБ		м	0,018	0,26
8	Геометрический перепад на водосливе	z	м	0,261	0,017
9	Геометрический напор на водосливе	H	м	0,039	0,037
10	Высота водосливной стенки	C	м	0,24	0,24
11	Величина подтопления		м	-	0,02
12	Коэффициент подтопления		-	1	0,824
13	Коэффициент расхода водослива		-	0,408	0,408
14	Расход воды	Q		0,0034	0,0026

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