- •Введение
- •1. Моделирование потоков на инженерных сооружениях
- •1.1. Задачи моделирования
- •1.2. Пересчет результатов опытов на модели в натурные условия
- •1.3. Основные правила к выбору размеров модели сооружений
- •2.Гидравлические исследования моделей сооружений
- •Исследование гидравлического прыжка
- •1. Общие сведения
- •2. Цель опыта
- •3. Описание лабораторной установки (рис. 3)
- •4. Порядок выполнения опыта
- •5. Форма журнала лабораторной работы
- •Исследование гидравлического прыжка
- •6. Контрольные вопросы
- •Истечение через водослив практического профиля
- •1. Общие сведения
- •2. Цель опыта
- •3.Описание лабораторной установки (рис2)
- •4. Порядок проведения опыта
- •5.Форма журнала лабораторной работы
- •6. Контрольные вопросы
- •1. Общие сведения
- •2. Цель опыта
- •3. Описание лабораторной установки (рис. 2)
- •4. Порядок проведения опыта
- •5. Форма журнала лабораторной работы
- •8. Контрольные вопросы
- •1. Общие сведения
- •2.Цель опыта
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок проведения опыта
- •5. Форма журнала лабораторной работы
- •Исследование типов прыжкового сопряжения бьефов
- •6. Контрольные вопросы
- •Гашение энергии бурного потока водобойным колодцем
- •1. Общие сведения
- •2. Цель опыта
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок проведения опыта
- •5. Форма журнала лабораторной работы
- •Гашение энергии бурного потока водобойным колодцем
- •6. Контрольные вопросы.
- •Гашение энергии бурного потока водобойной стенкой
- •1.Общие сведения
- •2. Цель опыта
- •3. Описание лабораторной работы
- •4.Порядок проведения опыта.
- •5.Форма журнала лабораторной работы.
- •Гашение энергии бурного потока водобойной стенкой
- •6.Контрольные вопросы
1.3. Основные правила к выбору размеров модели сооружений
При изготовлении модели инженерного сооружения основной величиной становится геометрический масштаб моделирования δl. Чем больше δl (чем меньше размеры модели по сравнению с сооружением), тем опыт дешевле. Но при выборе величины δl обязательно должны быть выполнены следующие условия:
1. Сила тяжести должна оставаться доминирующей и определять, в основном, характер течения.
2. Обработка поверхности модели, соприкасающейся с водой, должна создавать равенство коэффициентов Шези См=Сн (т.к. δс=1). Требуемый коэффициент шероховатости модели пн может быть вычислен так
пм=пн / δl (4)
3. На модели должна сохраняться квадратичная зона сопротивления с числом Рейнольдса потока
, (5)
где R – гидравлический радиус;
- абсолютная шероховатость.
Из (5) следует, что принятый масштаб моделирования δе должен удовлетворять условию (6)
4. Размеры и конструкция измерительных приборов и устройств, применяемых при изучении потока на модели, не должна вносит заметных изменений в его характер.
2.Гидравлические исследования моделей сооружений
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Исследование гидравлического прыжка
1. Общие сведения
Различают спокойное и бурное состояние открытого потока.
Состояние открытого потока в каком-то сечении обычно определяют путем:
1) вычисления параметра его кинетичности:
(7)
где: Q - расход потока;
α- коэффициент Кариолиса, α=1,1;
g – ускорение силы тяжести;
– ширина сечения потока по свободной поверхности;
- площадь живого сечения;
2) сравнения глубины потока h с критической глубиной hк
При этом соблюдаются следующие условия:
а) для потоков в спокойном состоянии
и
б) для потоков в бурном состоянии
и
По длине русла в зависимости от очертания его продольного профиля поток может переходить из одного состояния в другое. При этом поток переходит из спокойного состояния в бурное путем плавного уменьшения глубины, а из бурного состояния в спокойное – резким увеличением глубины.
Гидравлическим прыжком называется явление резкого увеличения глубины потока при переходе его из бурного состояния в спокойное (рис. 1)
Рис. 1
Принято считать, что гидравлический прыжок происходит между ближайшими к нему сечениями потока, движение в которых можно считать плавноизменяющимся. Глубины потока в этих сечениях называют сопряженным (первая сопряженная глубина - в сечении до гидравлического прыжка и вторая сопряженная глубина – в сечении после гидравлического прыжка).
Если соблюдаются условия, что и , то на наклонной поверхности тела гидравлического прыжка образуется поверхностный валец. Такой гидравлический прыжок называют совершенным.
Сопряженные глубины совершенного гидравлического прыжка характеризуется равенством значений прыжковой функции , величина которой может быть вычислена по формуле:
(8)
где: - коэффициент Буссинеска, ;
– глубина погружения центра тяжести сечения, а остальные обозначения прежние.
Минимум прыжковой функции , как и удельной энергии сечения Э(h), наблюдаются при критической глубине.
Для русел прямоугольной формы сечения шириной « » расчетные формулы получаются следующими:
Критическая глубина:
(9)
Параметр кинетичности:
(10)
Прыжковая функция:
(11)
Соотношение между сопряженными глубинами:
а) при известной второй сопряженной глубине h2
(12)
б) при известной первой сопряженной глубине h1
(13)
Потери удельной энергии в гидравлическом прыжке:
(14)
Высотой гидравлического прыжка считают разницу сопряженных глубин:
(15)
Длину прыжка – определяют по эмпирическим формулам; наибольшее распространение получили:
а) формула Н.Н. Павловского
(16)
б) формула М.Д. Чертоусова
(17)
в) формула Б.А. Бахметьева
(18)
Если и , то поверхностного вальца на теле прыжка не образуется, а поверхность воды за прыжком принимает волнистый характер в виде ряда затухающих волн. Такой гидравлический прыжок получил название прыжка-волны (рис. 2)
Рис. 2