ШЕРОХОВАТОСТИ В КАНАЛЕ

(ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11)

Цель работы. Экспериментальное определение коэффициента шероховатости стенок канала прямоугольного сечения и сравнение его со справочными значениями.

4.1 Общие сведения

Безнапорное равномерное течение характеризуется наличием свободной поверхности и постоянством скорости и глубины по длине потока. Глубина при этом называется нормальной. Такое движение жидкости устанавливается при неизменности поперечного сечения, шероховатости стенок и продольного уклона канала по его длине.

При расчётах равномерного течения воды в различных каналах и трубах широко используется формула Шези

,

где Q – расход воды,

ω – площадь живого сечения потока;

С – коэффициент Шези;

i – продольный уклон;

χ – смоченный периметр живого сечения;

– гидравлический радиус.

Величина С зависит от формы и размеров канала, а также от шероховатости его стенок. Для вычисления коэффициента Шези предложен ряд эмпирических формул.

Наибольшее распространение получила формула Маннинга для метровых размеров

,

для сантиметровых размеров

,

где 4,64 – коэффициент перевода единиц измерения,

n – коэффициент шероховатости.

Если геометрические параметры выражены в сантиметрах, получаем формулу для определения коэффициента шероховатости n

.

На рисунке 7 приведена схема канала, используемая для определения коэффициента шероховатости его стенок.

Продольный уклон дна канала определяется по формуле

,

где Z – перепад отметок в начале и в конце канала;

L – длина канала.

Глубину потока h, учитывая малый уклон, можно определять по вертикали, а не по нормали ко дну канала.

Рисунок 7 – Схема канала для определения коэффициента шероховатости

4.2 Порядок выполнения работы

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

1 Расположить устройство в вертикальной плоскости так, чтобы наклонная труба находилась вверху (над горизонтальной трубой), и подождать, пока жидкость перетечёт из верхнего бака в нижний.

2 Перевернуть устройство в его плоскости, замерить нормальную глубину h (глубину на участке равномерного течения) (рисунок 7) и величины S, t, Z, L.

3 Результаты измерений и геометрические параметры А,В, b (указаны на корпусе устройства) занести в таблицу 8 и по указанному в ней порядку определить коэффициент шероховатости стенок канала, сравнить его со справочным значением для стеклянной стенки (обычно n=0,010-0,012).

Таблица 8 – Результаты измерений

Наименование величин	Обозначения, формулы	Значения величин
1 Нормальная глубина, см	hо
2 Изменение уровня воды в баке, см	S
3 Время наблюдения за уровнем, с	t
4 Перепад отметок дна канала, см	Z
5 Длина канала, см	L
6 Уклон канала
7 Расход воды, см3/с	Q=
8 Площадь живого сечения, см	ω=вh
9 Смоченный периметр, см
10 Гидравлический радиус, см
11 Коэффициент шероховатости
12 Коэффициент шероховатости справочный	n
Примечание – Размеры сечения бака А= ... см, В = ... см; ширина канала b=… см.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1 Записать цель работы.

2 Зарисовать устройство.

3 Заполнить таблицы измерений и вычислений.

4 Сделать выводы о проделанной работе и точности измерений.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Режимы работы водопропускных труб.

2. Определение расходов при различных режимах работы водопропускных труб.

3. Коэффициенты расходов при различных режимах работы водопропускной трубы.

4. Формула Шези.

5. Формула Маннинга.

6. Определение коэффициента шероховатости трубы.

7. Дайте определение водослива и его элементов.

8. Параметры водослива.

9. Классификация водосливов

10. Основная формула для расчета расхода через водослив. Вывод формулы.

11. Формулы расчета коэффициентов расхода и подтопления.

12. Условия подтопления водослива.

13. Последовательность проведения работы.

14. Необходимые величины для расчета коэффициента расхода через неподтопленные водосливы.

15. Необходимые величины для расчета коэффициентов расхода и подтопления для подтопленного водослива.

16. Опытные значения коэффициента расхода и подтопления.

17. Определение гидравлического прыжка.

18. Образование гидравлического прыжка. Переход потока от бурного состояния к спокойному. Проанализируйте это явление с точки зрения изменения удельной энергии сечения.

19. Расположение гидравлического прыжока по отношению к сооружению, за которым он возникает.

20. Прыжковая функция. График прыжковой функции. Минимум прыжковой функции.

21. Определение сопряженных глубин по графику прыжковой функции. Выведите выражение для сопряженных глубин гидравлического прыжка (если известна одна из сопряженных глубин).

22. Определение сопряженных глубин в прямоугольном русле.

23. Виды (формы) струи при истечении через водослив с тонкой стенкой.

24. Боковое сжатие и подтопление водосливов с тонкой стенкой. Изменение значения коэффициента расхода через указанный водослив при увеличении (уменьшении) бокового сжатия.

25. Параметры, влияющие на коэффициент подтопления. Условия подтопления водослива с тонкой стенкой.

26. Уравнение расхода через неподтопленный водослив с широким порогом без бокового сжатия для прямоугольного поперечного сечения. Связь между коэффициентами расхода, скорости.

27. Условия подтопления водослива с широким порогом. Изобразите на схеме различные виды свободной поверхности на неподтопленных и подтопленных водосливах.

28. Виды водослива практического профиля криволинейного очертания. Начертите схему.

29. Профиль криволинейного безвакуумного водослива практического профиля по Кригеру-Офицерову.

30. Водослив практического профиля с вакуумным криволинейным профилем. Распределение давления на поверхности водослива в верхней его части. Виды вакуумных водосливов (поперечный профиль)

31. Особенности вакуумных водосливов криволинейного практического профиля с точки зрения коэффициентов расхода, вакуумности, пульсаций давления на поверхности профиля водослива. Требования при проектировании таких водосливов.

32. Мысленно расположите водосливы (неподтопленные) без бокового сжатия в порядке возрастания значений коэффициента расхода. Совместно рассмотрите условия бокового сжатия на таких водосливах, условия учета подтопления этих водосливов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Сайретдинов С.Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения: учеб. пособие. – М.: Издательство АСВ, 2004. – 344 с.

2 Константинов Ю.М. Гидравлика: учебник. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев: Вища шк., Головное изд-во, 1988. – 398 с.

3 Сборник задач по гидравлике / под ред. В.А. Большакова. – 4-е изд., перераб. и доп. – Киев, Вища шк., 1979. – 336 с.

4 Чугаев Р.Р. Гидравлика: учебник для вузов. – Л.:Энергоиздат. 1982. – 672 с.

5 Слобожанин Г.Д. Практикум по гидравлике открытых русел на портативной лаборатории «Капелька-2». – Томск: Изд-во Томского архитектурно-строительного университета. 2003. – 27 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….…2

1 Изучение водослива с тонкой стенкой, широким порогом и практического профиля (лабораторная работа №12)………………….3

1.1 Изучение водослива с тонкой стенкой……………….…....3

1.1.1 Общие сведения………………………………………….……....3

1.1.2 Порядок выполнения работы……………………………….…..5

1.2 Изучение водослива с широким порогом……………..…..7

1.2.1 Общие сведения………………………………………………….7

1.2.2 Порядок выполнения работы……………………………………8

1.3 Изучение водослива практического профиля………...…10

1.3.1 Общие сведения…………………………………………..…….10

1.3.2 Порядок выполнения работы…………………………………..11

2 Исследование гидравлического прыжка (лабораторная работа №14)..12

2.1 Общие сведения………………………………………………….....12

2.2 Порядок выполнения работы………………………………..…….14

3 Изучение работы водопропускной трубы (лабораторная работа №9)...16

3.1 Общие сведения………………………………………………...…..16

3.2 Порядок выполнения работы………………………………………18

4 Определение коэффициента шероховатости в канале (лабораторная работа №11)…………………………………………………………..……...20

4.1 Общие сведения………………………………………...…………..21

4.2 Порядок выполнения работы………………………………………22

5 Содержание отчета…………………………………………..……………23

6 Вопросы для самопроверки……………………………………..………..24

7 Список литературы………………………………………………..………26