Гидравлика. МУ к лабораторным работам

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 8

ИСТЕЧЕНИЕ ИЗ ОТВЕРСТИЙ И НАСАДКОВ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ НАПОРЕ

1. Сущность и цель работы

Истечение жидкости через отверстие или насадок при отсутствии притока в резервуар приводит к понижению уровня жидкости в нем, то есть к изменению геометрического напора Н над отверстием, а следовательно, к изменению скорости истечения V и расхода Q от времени t. Движение с переменными характеристиками потока во времени называется неустановившимся движением.

Время, в течение которого уровень жидкости в вертикальном цилиндрическом резервуаре понизится на величину Н1-Н2, может быть найдено из выражения

где Ω - площадь сечения резервуара в плане, ω - площадь отверстия, µ - коэффициент расхода (отверстия или насадка).

В частном случае при полном опорожнении резервуара Н2=0, тогда

где W1 – начальный объем жидкости в резервуаре; Q1 – расход истечения при H1=const.

Поскольку W1 =t* - есть время истечения объема W1 при расходе Q1 с

Q1

постоянным напором Н1, то формулу (3) с учетом (4) можно представить в виде

Страница 41 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

Отсюда следует, что время t полного опорожнения резервуара при переменном напоре в 2 раза больше времени t* истечения такого же объема жидкости W1 при постоянном напореН1=const.

Целью настоящей работы является:

1.Определение времени изменения напора от Н1 до Н2 при отсутствии притока в резервуар опытным путем и по расчетной формуле (1) и сравнение полученных результатов.

2.Определение времени t полного опорожнения резервуара опытным путем и по расчетной формуле (2) при Н2=0, а также проверка условия (5).

2.Описание установки

Описание установки см. в предыдущей работе. Следует иметь в виду, что размеры резервуара в плане равны 0,3 м × 0,3м=Ω.

3.Порядок выполнения работы

1.Открыть вентиль К1 и резервуар наполнить до уровня НО.

2.Вентили К2 и К3 закрыты. Лоток ставится в такое положение, чтобы вода стекала в сливной отсек бака 9.

3.Закрыть вентиль К1 и открыть клапан 5. Напор Н начинает умень-

шаться.

4.Измерить секундомером время tОП изменения напора от Н1 до Н2.

5.Закрыть клапан 5, открыть вентиль К1 и наполнить резервуар до

уровняНО.

6. Закрыть вентиль К1, открыть клапан 5.

7 Измерить время tОП изменения напора от Н1 до полного опорожнения

Н2=0, объем вытекшей воды при этом

W1 = ΩH1

8.Определить расчетное время tрасч изменения напора от Н1 до Н2 = 0 (неустановившееся движение) по формуле (2).

9.Аналогично тому, как было сделано в предыдущей работе, установить в резервуаре постоянный напор Н1=const равный значению Н1 в п.7.

10.Измерить время t*оп истечения объема W1 в мерный бак при постоянном напоре Н1=const (установившееся движение).

11.Рассчитать время истечения t*расч объема W1 при постоянном напо-

Страница 42 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

12. Определить во сколько раз время истечения при неустановившемся движении (Н1=V·r) больше времени истечения при установившемся движении (Н1=const) одного и того же объема W1 = Ω H1

определения времени в эксперименте tоп с соответствующими вычислениями по расчетным формулам tрасч .

Результаты занести в таблицу № 11

Таблица 11

Страница 43 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ

1. Сущность и цель работы

Движение жидкости в пористой среде называется фильтрацией. Фильтрация имеет место как при движении грунтовых вод, так и при движении воды под телом гидротехнических сооружений, через земляные плотины, дамбы, водопроводные песчаные фильтры и т.п.

Законы движения грунтовых вод находят широкое применение при решении различных инженерных задач, например, при определении количества воды, притекающей к колодцам или водонапорным галереям, при определении размеров фильтров буровых скважин, при расчете понижения горизонта воды в колодцах, при откачке грунтовых вод и т.п.

Весьма важную роль играют законы движения грунтовых вод при расчете устойчивости гидротехнических сооружений и фильтрации под ними.

Расход фильтрационного потока Q выражается эмпирической формулой, называемой основным законом фильтрации:

Здесь k – коэффициент фильтрации, зависящий от рода грунта и температуры воды ; J – гидравлический уклон, представляющий собой потерю напора по длине на единицу длины фильтрационного потока

m – показатель степени (m=1 при ламинарной фильтрации, m=1…0,5 – при турбулентной).

Из формулы (1) можно выразить скорость фильтрации V

Из этой формулы вытекает физический смысл коэффициента фильтрации k. Он характеризует скорость фильтрации при гидравлическом уклоне J=1 и имеет размерность скорости.

При ламинарной фильтрации (m =1) зависимости (1) и (3) могут быть

V= k J .

Коэффициент фильтрации k определяется различными методами: 1) полевой, 2) лабораторный, 3) метод использования эмпирических формул.

Страница 44 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

Полевой метод используется геологами и гидрогеологами в полевых условиях, где грунт находится в естественном состоянии, поэтому этот метод неиболее точен.

Метод использования эмпирических формул -это расчет коэффициента фильтрации k по определенной формуле для сходных условий. В частности для разнозернистого песка применяется формула Хэзена.

1. Формула Хэзена для песчаных грунтов:

где А – числовой коэффициент, принимаемый равным единице, при определении коэффициента в метрах /сутки; с - постоянная для данного грунта, принимаемая для чистых песков в пределах 1000…700; для загрязненных песков – 500…700; dэ – эффективная величина зерна в мм, принимаемая равной размеру такого зерна, меньше которого в данном грунте содержится всего лишь 10%зерен (по весу); dэ принять равным 0,5 мм; τ - коэффициент, учитывающий вязкость воды по Хэзену:

τ=0,7+0,03 Т, (6)

где Т – температура в градусах Цельсия.

Формула Хэзена применима для песков, имеющих dэ=0,1…3 мм. Есть и другие эмпирические формулы для определения коэффициента

фильтрации k (Е.А. Замарина, М.И. Зауэрбрея и др.)

В лабораторном методе коэффициент фильтрации определяется на приборе Дарси.

Целью лабораторной работы является определение коэффициента фильтрации k по эмпирической формуле Хэзена и опытным путем на приборе Дарси, а также сравнение полученных результатов.

2. Описание установки

Прибор Дарси (рис.17), представляет собой цилиндр 1, диаметра D, заполненный грунтом, извлеченным из шурфа с сохраненной его естественной структурой. Образец грунта лежит на сетке 2.

Страница 45 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

Установившийся режим движения обеспечивается поддержанием постоянной отметки поверхности воды в приборе благодаря сбросу излишков воды через сбросную трубу 3. На боковой поверхности цилиндра на расстоянии l друг от друга установлены пьезометры 4.

Рис.15

3.Порядок выполнения работы

1.Открыть вентиль 5 на водопроводе и наполнить цилиндр 1.

2.Плавно открыть вентиль 6, установив определенный уровень воды в пьезометрах 4.

3.Измерить температуру поступающей в цилиндр 1 воды.

4.Снять показания пьезометров h1 и h2 .

5.Перекинуть шланг 7 в мерный отсек 8, закрыв предварительно вентиль 9, и замерить время t заполнения мерного объема W.

6.Перебросить шланг 7 в левый отсек резервуара, связанного с канализацией, и слить воду из мерного отсека 8.

7.Изменить расход фильтрационного потока с помощью вентиля 6. Повторить операции п. 4, 5,6 для трех различных расходов.

8.Вычислить расход фильтрационного потока объемным способом

Q = Wt

9. Вычислить площадь живого сечения фильтрационного потока

10.Вычислить гидравлический уклон

Страница 46 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

11.Определить величину коэффициента фильтрации, полученную на приборе Дарси

kоп = ωQJ .

12.Определить среднеарифметическое значение опытного коэффициента фильтрации kсроп из трех, полученных для различных расходов.

13.Вычислить коэффициент фильтрации kвыч по эмпирической формуле Хэзена (5). Ориентировочные значения kвыч для песчаного грунта соответствуют следующим данным:

Страница 47 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Гиргидов А.Д. Техническая механика жидкости и газа. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999 – 395с.

2.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: «Машиностроение», 1975 – 559с.

3.Лабораторный курс гидравлики, насосов и гидропередач. Под ред. С.С. Руднева и Л.Г. Подвидза. М.: «Машиностроение», 1974 – 416с.

4.Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.: «Энергия», 1971 – 552 с.

Страница 48 из 48