ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ВОДОПРОПУСКНОЙ ТРУБЫ

(ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9)

Цель работы. Наблюдение работы водопропускной трубы в различных режимах и определение напора перед ней опытным и расчётным способом.

3.1 Общие сведения

Различают следующие режимы работы водопропускных труб.

Безнапорный режим (рисунок 6, а). Входное сечение трубы не затоплено, на всём протяжении поток имеет свободную поверхность. Труба в этом режиме работает аналогично водосливу с широким порогом при наличии бокового сжатия.

Расход в прямоугольной трубе определится как

,

где m –коэффициент расхода,

b – ширина трубы,

Н_о – полный напор.

Значение коэффициента расхода в инженерных расчётах можно принять равным m=0,31.

Рисунок 6 – Режимы работы водопропускных труб

Полный напор определится как

.

Полунапорный режим (рисунок 6, б). Входное сечение трубы затоплено, но поток на всём протяжении трубы имеет свободную поверхность. Труба работает по схеме истечения через отверстие, поэтому расход воды для этого режима определяется по формуле

,

где Н_о – полный напор;

μ₀ – коэффициент расхода входного отверстия;

ω=ab – площадь сечения трубы;

а -высота трубы;

– степень вертикального сжатия потока;

h_c – глубина в сжатом сечении.

Для инженерных расчётов можно принять μ₀= 0,63; ε = 0,86.

Напорный режим (рисунок 6, в). Труба работает по схеме «насадка», т.е. полным сечением по всей своей длине или большей её части. Выходное сечение трубы не затоплено. Для такого режима работы характерно наличие вакуума в трубе. На рис.6в штриховой линией нанесено ориентировочно положение пьезометрической линии. Для количественной характеристики вакуума вводится величина – отношение пьезометрического напора на выходе из трубы к высоте трубы.

Расход определяется по формуле

,

где i – уклон трубы,

L – длина трубы,

μ_{н –} коэффициент расхода, определяемый по формуле

,

где а = 1,1 – коэффициент Кориолиса,

ξ_вх=0,5 – коэффициент входа в трубу,

R – гидравлический радиус трубы,

λ=0,025 – коэффициент трения.

Для инженерных расчётов можно принять η = 0,85.

Напорно-затопленный режим (рисунок 6, г). Труба работает полным сечением, а выходное сечение полностью затоплено.

Расход определяется по формуле

,

где h_σ – бытовая глубина потока после трубы;

μ₀ – коэффициент расхода, определяемый по формуле

,

ξ_вых =1,0- коэффициент сопротивления выхода из трубы.

При проведении расчётов в процессе выполнения лабораторной работы следует для упрощения вычислений полный напор Н_о заменить геометрическим напором Н, так как они практически не отличаются ввиду малой скорости потока перед трубой.

3.2.Порядок выполнения работы

Работа выполняется на устройстве № 7 (рисунок 1, в).

1 Привести устройство в исходное положение. Для этого устройство расположить так, чтобы наклонная труба находилась вверху (над горизонтальной трубой) и подождать, пока жидкость перетечет из верхнего бака в нижний.

2 Перевернуть устройство в его плоскости, наблюдать безнапорное течение жидкости и при этом замерить напор Н перед трубой, и время t изменения уровня жидкости в баке со шкалой на величину S.

3 Результаты измерений и геометрические параметры А, В, b (указаны на корпусе устройства) занести в таблицу 6 и по указанному в ней порядку найти расчётный напор (глубину) перед трубой и сравнить его с измеренным.

4 Перевернуть устройство, наблюдать напорное течение в трубе и замерить величины Н, h_σ, S, t.

5 Результаты замеров и известные геометрические параметры занести в таблицу 7 и по указанному в ней порядку найти расчётный напор (глубину) перед напорной трубой и сравнить его с измеренным.

Таблица 6 – Результаты измерений

Наименование величин	Обозначения, формулы	Значения величин
1 Глубина перед трубой опытная, см	Н
2 Изменение уровня воды в баке, см	S
3 Время наблюдения за уровнем, с	t
4 Расход воды, см3/с	Q=
5 Коэффициент расхода (справочное значение)	m
6 Глубина перед трубой расчётная, см
7 Относительное отклонение, %
Примечание – Размеры сечения бака А - ... см, В =;... см; ширина трубы b = ... см. Ускорение свободного падения принять равным g = 981 см/с2.

Таблица 7 – Результаты измерений

Наименование величин	Обозначения, формулы	Значения величин
1 Глубина перед трубой опытная, см	H
2 Глубина после трубы, см	h6
3 Изменение уровня воды в баке, см	S
4 Время наблюдения за уровнем, с	t
5 Размеры сечения бака, см	А, В
6 Расход воды, см3/с	Q=
7 Размеры поперечного сечения трубы, см	а, в
8 Длина трубы, см	L
9 Гидравлический радиус, см
10 Коэффициент расхода
11 Глубина перед трубой расчётная, см
12 Относительное отклонение, %
Примечание – Коэффициент входа в трубу принять, ξвх = 0,5; коэффициент выхода – ξвых= 1; коэффициент трения (Дарси) λ= 0,025; ускорение свободного падения g = 981 см/с2.