Изучение водослива с тонкой стенкой

Цель работы. Изучение картины протекания жидкости через водослив с тонкой стенкой, экспериментальное определение коэффициента расхода и сравнение его с расчетными данными.

1.1.1 Общие сведения

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 h_б.

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 h_б вызывает повышение уровня в верхнем бъефе – водослив называют подтопленным, а свободная поверхность занимает положение, показанное пунктиром. Условие подтопления имеет вид

h_б>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;

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;

Н_о – 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

,

σ_n<1 – коэффициент подтопления и вычисляется по эмпирическим (полученным из опыта) формулам.

1.1.2 Порядок выполнения работы

Работа выполняется на устройстве №5, приведенном на рисунке 1, а.

1 Привести устройство в исходное состояние, для чего установить его на стол так, чтобы водослив с тонкой стенкой находился сверху (в верхней части лотка), и подождать, пока вся жидкость перетечет в нижний бак.

2 Перевернуть устройство в вертикальной плоскости.

3 Наблюдать картину течения воды через водослив тонкой стенкой, влияние наклона устройства влево и вправо на отрыв струи от стенки и положение гидравлического прыжка за водосливом.

4 Повторить операции по п.п. 1 и 2, после чего замерить геометрический напор Н (см. рисунке 2) на водосливе с тонкой стенкой и время t изменения уровня в баке со шкалой на произвольно выбранную величину S, например, на 5см.

5 Замерить высоту водослива Р; размеры горизонтального сечения бака А, Б и ширина водослива (лотка) b указаны на корпусе устройства.

6 Результаты измерений занести в таблицу 1, сделать вычисления и сравнить опытное и справочное значения коэффициентов расхода.

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