Краткое описание работы, ее цель

В данной работе изучается истечение воды через прямой, прямоугольный неподтопленный и подтопленный водослив с широким порогом без бокового сжатия.

Водосливы имеют большое практическое значение: по схеме истечения через водослив с широким порогом рассчитываются водо- и лесопропускные отверстия низконапорных плотин, отверстия мостов, безнапорных водопропускных труб, шлюзов-регуляторов и других гидротехнических сооружений, встречающихся в лесопромышленной практике.

Задачи лабораторной работы:

- визуальное ознакомление студентов с характером истечения воды через затопленный и незатопленный водослив с широким порогом;

- определение экспериментальным путем коэффициентов расхода и скорости;

- ознакомление с методикой определения расхода в лотке с помощью мерного водослива Томсона.

2. Основные положения и расчетные зависимости.

Водосливы и их параметры. Классификация водосливов. Формулы расхода водосливов различных типов. Условия подтопления водосливов. Формулы расхода через подтопленный водослив.

Литература: [8, с.180-206], [14, с.418-467].

3. Описание лабораторной установки.

Рис.9.1. Лабораторная установка [13]

 

Опытная установка (рис. 9.1) состоит из горизонтального стеклянного гидравлического лотка 1 прямоугольного сечения шириной ... см и высотой ... см, в головном устройстве 3 которого установлен мерный водослив Томсона 2. Вода из напорного бака поступает в головное устройство 3 и затем, проходя через мерный водослив и успокоитель 4, поступает в стеклянный лоток, в котором установлен водослив с широким порогом 5. Из лотка вода сбрасывается в водосборный бассейн. В голове лотка установлено водомерное стекло 6, нулевое деление шкалы которого совпадает с отметкой угла водослива. По водомерному стеклу определяется напор на водосливе, а по тарировочной кривой мерного водослива Томсона , построенной по формуле , определяется действительный расход воды, поступающей в лоток.

В конце лотка установлен подвижной щит 8, с помощью которого можно изменять глубину в нижнем бьефе водослива с широким порогом, устанавливая неподтопленный или подтопленный тип водослива. Игла 7 служит для измерения глубин.

4. Порядок проведения опытов.

В процессе проведения опытов выполняют следующее:

1) с помощью мерной иглы замеряют отметку дна лотка и отметку порога водослива;

2) открывают задвижку на трубе, подводящей воду из напорного бака, и заполняют головку лотка, а затем и весь лоток, создавая характерное для незатопленного водослива течение с двумя перепадами свободной поверхности (рис.9.2 а); при этом концевой щит лотка полностью опущен и бытовая глубина в нижнем бьефе невелика;

3) пользуясь треугольным мерным водосливом, определяют расход воды , для чего сначала фиксируют напор на мерном водосливе ;

4) мерной иглой замеряют отметку воды в верхнем бьефе водослива с широким порогом на расстоянии от входного ребра и вычисляют величину напора ;

5) постепенно увеличивают глубину воды в нижнем бьефе, поднимая концевой щит, пока водослив не станет подтопленным: исчезнет перепад в конце водослива, начнет изменяться уровень верхнего бьефа (рис.9.2 б);

6) производят замер отметок свободной поверхности в верхнем бьефе и на пороге водослива и вновь вычисляют напор на пороге водослива; при этом следует обратить внимание на то, что напор увеличился, хотя расход воды оставался постоянным, следовательно, пропускная способность подтопленного водослива меньше, чем неподтопленного при прочих одинаковых условиях.

Для создания установившегося движения воды в лотке необходимо сохранять постоянный уровень в напорном баке, поэтому следует следить за тем, чтобы бак работал с переливом.

а)	б)

Рис.9.2. Схемы истечения через водослив с широким порогом:

а – неподтопленный; б – подтопленный

 

Все данные измерений заносятся в табл. 9.1.

5. Обработка экспериментальных данных.

Обработка данных ведется в следующем порядке:

1) по тарировочной кривой определяется расход;

2) определяют высоту порога , вычитая из отметки порога отметку дна лотка;

3) определяют напор на пороге водослива , вычитая для этого из отметки поверхности воды в верхнем бьефе отметку порога;

4) определяют величину скорости подхода воды в верхнем бьефе:

,

где – ширина водослива;

5) определяют полный напор на водосливе по формуле

;

6) определяют коэффициент расхода водослива из формулы расхода для неподтопленного водослива:

;

7) определяют глубину воды на пороге подтопленного подослива, для чего вычитают из отметки поверхности воды на пороге отметку порога; далее, повторив определение , , для этого случая, определяют коэффициент скорости для подтопленного водослива с широким порогом из формулы

,

где – это полный перепад на водосливе.

Вычисленные значения коэффициентов расхода и скорости следует сравнить с табличными данными.

6. Форма отчета.

Таблица 9.1 – Регистрация опытных данных [13]

№ опыта	Отметка дна лотка, см	Отметка порога водослива, см	Отметка горизонта воды перед порогом	Ширина водослива , см	Напор на водомерном водосливе , см	Расход через водомерный водослив , л/с	Условия затопления водослива

 

Таблица 9.2 – Обработка опытных данных [13]

№ опыта	Высота порога , см	Напор на пороге , см	Скорость подхода , см/с	Скоростной напор	, см

 

7. Контрольные вопросы:

1. Дайте классификацию водосливов по характеру стенки.

2. Дайте определение неподтопленного и подтопленного водослива с широким порогом.

3. Перечислите все признаки, по которым классифицируются водосливы.

4. Опишите характер истечения воды через водослив с широким порогом.

5. В чем проявляется влияние нижнего бьефа на истечение через подтопленный водослив?

6. Какой из двух исследованных водосливов обладает большей пропускной способностью?

7. Как влияет форма порога на пропускную способность водослива?

8. Что называется напором на водосливе и как его найти?

9. Каково назначение мерного водослива Томсона?

10. Нарисуйте продольный профиль потока на неподтопленном и подтопленном водосливе с широким порогом.