Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
Профессионального образования
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Водоснабжение и водоотведение»
Лабораторная работа №12
на тему «ИЗУЧЕНИЕ ВОДОСЛИВА С ТОНКОЙ СТЕНКОЙ, ШИРОКИМ ПОРОГОМ И ПРАКТИЧКЕСКОГО ПРОФИЛЯ»
По дисциплине «Гидравлика»
Выполнил
ст.гр. БВТ-14-01
Коновалов М. А.
Проверил
Лапшакова И.В.
Уфа-2016
Цель работы. Изучение картины протекания жидкости через водослив с тонкой стенкой, экспериментальное определение коэффициента расхода и сравнение его с расчетными данными.
1. Общие сведения
![]() |
Водослив – преграда, через которую переливается вода. Различают водосливы с тонкой стенкой, широким порогом и практического профиля. Водослив с тонкой стенкой (рисунок 2) обычно служит для измерения расходов и стабилизации уровня жидкости в резервуарах. Стенка называется тонкой, если струя касается только её входной кромки. Такой характер течения наблюдается, если толщина стенки δ<0,67Н, либо она имеет острую входную кромку (см. водослив 8 на рисунке 1).
Часть потока перед водосливом называется верхним бьефом, а за ним – нижним бьефом. Верхняя кромка водослива именуется гребнем, а наибольшее превышение уровня воды в верхнем бъефе над гребнем – геометрическим капором Н. Он обычно фиксируется перед водосливом на расстоянии приблизительно 3Н от гребня. Глубина воды в нижнем бъефе называется бытовой глубиной hб.
Если изменение уровня воды в нижнем бъефе не влияет на величину напора Н, водослив называется неподтопленным (при этом свободная поверхность воды показана на рисунке 2 сплошной линией), и если увеличение hб вызывает повышение уровня в верхнем бъефе – водослив называют подтопленным, а свободная поверхность занимает положение, показанное пунктиром. Условие подтопления имеет вид
|
hб>Р,
<(
)к≈0,75,
Рисунок 2 – Схема водослива с тонкой стенкой
где Z – геометрический перепад уровней на водосливе, т.е. превышение уровня в верхнем бъефе над уровнем в нижнем бъефе;
![]() |
Р – высота водослива.
Превышение уровня в нижнем бъефе над гребнем водослива называется глубиной подтопления h n.
Расход воды через неподтопленные водосливы любого типа определяется по общей формуле:
,
где Q – расход;
b – ширина водослива;
g – ускорение свободного падения;
m – коэффициент расхода, зависящий от типа и геометрии водослива;
Но – полный напор на водосливе
,
где α – коэффициент Кориолиса (корректив кинетической энергии);
υ= – скорость потока в верхнем бъефе (на подходе).
При Н<0,5Р скоростным напором можно пренебречь и считать Н0=Н.
В инженерных расчетах коэффициент расхода m для неподтопленного водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия определяют по формуле
.
Для подтопленного водослива любого типа расход определяется формулой
,
σn<1 – коэффициент подтопления и вычисляется по эмпирическим (полученным из опыта) формулам.
Таблица 1 – Результаты измерений
Наименование величин | Обозначение, формулы | Значения величин |
1 Высота водослива, см | Р | |
2 Геометрический напор, см | Н | |
3 Изменение уровня воды в баке, см | S | |
4 Время наблюдения за уровнем, с | t | |
5 Расход воды, см3/с | Q= ![]() | |
6 Скорость потока до водослива, см/с | υ= ![]() | |
7 Полный напор, см | ![]() | |
8 Коэффициент расхода опытный, m | ![]() | |
9 Коэффициент расхода справочный | ![]() | |
Примечание – Размеры сечения бака А = см, В = см; ширина водослива b = см; коэффициент Кориолиса α =1,1; ускорение свободного падения g =981 см/с2 |
|
Изучение водослива с широким порогом
Цель работы. Изучение картины протекания воды через водосливы с широким порогом, определение коэффициента расхода, построение кривой свободной поверхности и сравнение результатов опыта со справочной информацией.
На рисунке 3, г изображена схема подтопленного водослива. Условие подтопления обычно записывают в виде hn > 0, 8H.
Расход воды через неподтопленный водослив любого типа определяется формулой
,
где m – коэффициент расхода;
b – ширина водослива (лотка);
g – ускорение свободного падения;
Н0 – полный напор перед водосливом.
В инженерной практике коэффициент расхода водослива с широким порогом определяется по формуле Смыслова
.
Критическая глубина вычисляется по формуле
.
Рисунок 3 – Водосливы с широким порогом
Таблица 2.1 – Результаты измерений
Наименование величин | Обозначение, формулы | Значения величин |
1 Высота водослива, см | Р | |
2 Толщина водослива, см | δ | |
3 Геометрический напор, см | Н | |
4 Изменение уровня воды в баке, см | S | |
5 Время наблюдения за уровнем, с | t | |
6 Расход воды, см3/с | Q= ![]() | |
7 Критическая глубина, см | ![]() | |
8 Скорость потока до водослива, см/с | υ= ![]() | |
9 Полный напор, см | ![]() | |
11 Коэффициент расхода опытный, m | ![]() | |
12 Коэффициент расхода расчетный | ![]() | |
Примечание – Размеры сечения бака А = см, В = см; ширина водослива b = см; коэффициент Кориолиса α=1,1; ускорение свободного падения g =981 см/с2 |
|
Таблица 3 – Глубины кривой свободной поверхности
№ сечения | |||||
Глубина, См |