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.

1.2.1 Общие сведения

Водосливом с широким порогом называют водослив, у которого толщина стенки (длина горизонтального порога) (δ>2)Н, где Н - геометрический напор. Такие водосливы наиболее часто применяют в гидротехнической практике для водозаборных и водосборных сооружений. Типичные схемы водослива с широким порогом приведены на рисунке 3, К-К – линия критических глубин.

Форма свободной поверхности потока на водосливе с широким порогом зависит в основном от величины .

Для короткого водослива (рисунок 3, а) устанавливается кривая спада с непрерывным понижением глубины. Для нормального водослива (рисунок 3, б) наблюдается кривая спада до сжатого сечения – h_c, затем следует кривая подпора до глубины h, которая меньше или равна критической h_к. При дальнейшем увеличении относительной длины порога происходит переход от бурного потока через гидравлический прыжок к спокойному течению. На рисунке 3, в приведена схема потока с гидравлическим прыжком в сжатом сечении на пороге длинного водослива.

На рисунке 3, г изображена схема подтопленного водослива. Условие подтопления обычно записывают в виде h_n > 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

1.2.2 Порядок выполнения работы

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

1 Установить устройство на стол так, чтобы водослив с широким порогом оказался вверху, и подождать, пока жидкость перетечет в нижний бак.

2 Перевернуть устройство в вертикальной плоскости.

3 Наблюдать картину течения воды через водослив с широким порогом, наклоняя устройство то влево, то вправо.

4 Повторить операции по п.п. 1,2 и замерить геометрический напор Н (см. рис.3) и время t изменения уровня бака со шкалой на произвольно выбранную величину S.

5 Замерить высоту Р и толщину водослива; размеры горизонтального сечения бака А, В и ширина водослива b указаны на корпусе устройства.

6 Результаты измерений занести в таблицу 2, сделать вычисления и сравнить опытное и справочное значения коэффициентов расхода.

7 Повторить наблюдения за истечением через водослив с широким порогом, в ходе которого снять отметки поверхности (глубины) воды вдоль водослива и занести их в таблицу 3. По результатам замеров изобразить в масштабе водослив с широким порогом и кривую свободной поверхности с нанесением линии критических глубин, сравнить ее с кривыми на рисунке 3.

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