Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт)

Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт)

Лабораторная работа № 30


Рис. 30.1. Экспериментальная установка для исследования пропускной

возможности недлинной безнапорной трубы квадратного сечения

Цель работы – экспериментальное исследование пропускной возможности и гидравлического сопротивления безнапорной недлинной трубы квадратного поперечного сечения.

Для пропуска низких расходов малых рек, также паводковых и ливневых стоков при скрещении водотоков с авто либо стальными дорогами под полотнами этих Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) транспортных магистралей устраивают искусственные малые водопропускные сооружения. К таким сооружениям, а именно, относятся малые водопропускные трубы, длина которых не превосходит 30 метров. Обычно, такие трубы работают в безнапорном (незатопленном) либо полунапорном режиме, когда свободная поверхность воды в трубе находится ниже её потолка, при всем этом над свободной поверхностью имеется воздушное место, т Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт).е. сечение трубы заполнено водой отчасти. Напорный режим движения воды, при котором труба заполнена водой на сто процентов (см. лабораторную работу № 29), нехарактерен для водопропускных сооружений под транспортными магистралями и может появляться только в исключительных случаях при паводках и ливневых стоках, существенно превосходящих расчетные.

Условие полунапорного режима соблюдается Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт), когда

, (30.1)

а условием безнапорного режима принимают

, (30.2)

где hвб – глубина воды перед входом в трубу; a – высота либо сторона квадратной трубы (рис. 30.1 и 30.2), на лабораторной модели а = 133 мм.


Рис. 30.2. Главные конструктивные размеры модели недлинной трубы

квадратного поперечного сечения (размеры в миллиметрах)

Движение воды через недлинные безнапорные (незатопленные) трубы сопровождается формированием на свободной поверхности потока Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) стоячих волн малой высоты (см. рис. 30.1). Это позволяет прийти к выводу о том, что поток в трубе находится в критичном состоянии, при котором его глубина h и скорость V равны критичным

(30.3)

и

, (30.4)

где hк – критичная глубина потока; a – коэффициент Кориолиса, a = 1,03; Q – пропускаемый по трубе расход; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт)/с2; a – вданном случае ширина трубы, а = 133 м; Vк – критичная скорость потока, равная согласно (30.3) и (30.4)

. (30.5)

Как следует, движение воды через безнапорные (незатопленные) недлинные трубы является личным случаем водослива с широким порогом, при высоте порога равной нулю.

Расход воды через незатопленную маленькую трубу независимо от её формы определяется по формуле Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) А. Угинчуса[1]

, (30.6)

в какой m – коэффициент расхода недлинной водопропускной незатопленной трубы, для трубы прямоугольного (квадратного) сечения без оголовка принимается равным1 m = 0,32; Н0 – гидродинамический напор

; (30.7)

Н – геометрический (гидростатический) напор

; (30.8)

V0 – скорость потока в верхнем бьефе на подходе к трубе

; (30.9)

В – ширина русла либо канала в верхнем бьефе перед входом в трубу, равная на Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) модели ширине лабораторного лотка В = 311 мм.

Другим способом определения пропускной возможности незатопленной недлинной трубы является прямое внедрение теории Б.А. Бахметьева, используемой при расчете пропускной возможности водослива с широким порогом [3, 6, 7], личным случаем которого и является такая труба. По Бахметьеву сама формула пропускаемого расхода остается прежней (30.6), но коэффициент Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) расхода трубы не будет константой, а будет иметь вид функции

, (30.10)

тут j – коэффициент скорости, учитывающий местные утраты напора при входе потока в водопропускную незатопленную трубу,

, (30.11)

где коэффициент гидравлического сопротивления при неожиданном сужении потока при входе в трубу из более широкого лотка согласно И.Е. Идельчику[2] в рассматриваемом случае будет равен

. (30.12)

В Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) заключении, используя уравнение Бернулли, следует найти гидравлические утраты в недлинной незатопленной водопропускной трубе

, (30.13)

и на исходном участке канала нижнего бьефа при неожиданном расширении потока после выхода из трубы

, (30.14)

где hнб – глубина потока в отводящем канале нижнего бьефа (см. рис. 30.1); Vнб – скорость потока в отводящем канале нижнего бьефа

. (30.15)

В процессе выполнения лабораторной работы следует Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) сравнить экспериментальное значение коэффициента расхода недлинной незатопленной трубы, приобретенное конкретными измерениями, с его рекомендуемым значением по А. Угинчусу, равным m = 0,32, и вычисленным по Б.А. Бахметьеву и И.Е. Идельчику по формулам (30.10) – (30.12). Нужно также сравнить с экспериментальной напор – расходной чертой Q – H0 недлинной незатопленной трубы её расчетные Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) свойства по Угинчусу и по Бахметьеву – Идельчику. И дать оценку точности предлагаемых расчетных способов. Таким макаром, основной задачей лабораторной работы является расчетно-опытная проверка соответствия изложенных способов гидравлического расчета пропускной возможности недлинной незатопленной водопропускной трубы (кульверта) квадратного сечения экспериментальным данным.

Стоит отметить, что изложенные способы гидравлического расчета справедливы только при турбулентном движении Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) воды в области квадратичного сопротивления труб (автомодельной области) при больших числах Рейнольдса

, (30.16)

где n – коэффициент молекулярной кинематической вязкости воды, функция связи коэффициента кинематической вязкости с температурой воды приведена в справочнике [6, стр. 13, табл. б/н]; R – гидравлический радиус потока в незатопленной трубе

. (30.17)

На натурных объектах при больших скоростях и линейных Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) размерах потоков изложенные способы расчета следует считать должны быть справедливы, на лабораторных моделях при малых скоростях и линейных размерах потоков справедливость изложенных положений подтверждается не всегда. Это следует из теории гидродинамического подобия [2], базы которой применительно к открытым потокам коротко приведены сначала лабораторной работы № 1. Обозначенные происшествия принципиально учесть при анализе приобретенных Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) экспериментальных данных, выделяя область квадратичного сопротивления, в какой коэффициент расхода маленьких незатопленных труб не находится в зависимости от числа Рейнольдса. В данном случае молвят течение автомодельно по Рейнольдсу.

Методика выполнения лабораторной работы.

1. Перед выполнением лабораторной работы установите гидравлический лоток и регулируемый переливной порог в его отводящем участке Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) в горизонтальное положение. В средней части рабочего участка лотка установите модель недлинной водопропускной трубы квадратного поперечного сечения (см. рис. 30.1 и 30.2). Модель установите таким макаром, чтоб иметь возможность делать измерения отметки уровня свободной поверхности потока в среднем сечении по длине трубы (ус) при помощи пьезометрического щита, также измерения глубин потока Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) в верхнем бьефе перед входом в трубу (hвб) и в отводящем канале нижнего бьефа (hнб) при помощи шпиценмасштабов. При установке модели смочите водой её резиновые уплотнения и стены лотка. Направьте внимание на направление движения потока по лотку. Выгните резиновые уплотнения напорной грани модели навстречу движению потока воды в лотке, а резиновые Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) уплотнения низовой грани – по движению потока. Уплотнения не должны быть скручены и должны прилегать к стеклянным стенам лотка. Удостоверьтесь, что после монтажа модели в лотке не осталось незакрепленных либо сторонних предметов, к примеру, винтов, инструментов, протирочных материалов.

2. На 2-ух инструментальных каретках установите электрические шпиценмасштабы (см. рис. 1.6 в лабораторной работе Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) № 1). Для измерения глубины потока в верхнем бьефе (hвб) расположите первую каретку перед моделью трубы таким макаром, чтоб игла шпиценмасштаба находилась на расстоянии L = -0,500 м от напорной грани модели. Вторую каретку с электрическим шпиценмасштабом установите в нижнем бьефе на таком расстоянии от выходного сечения трубы, на котором глубина потока в лотке Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) стабилизируется и может приниматься равной глубине в отводящем канале нижнего бьефа hнб. Выставьте нули шпиценмасштабов по отметкам дна лотка в створах измерения перечисленных глубин.

3. На пульте управления режимом работы лабораторного лотка либо управляющем компьютере задайте пропускаемый по лотку расход 5 м3/час. Включите насос лотка согласно аннотации в лабораторной Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) работе № 1.

4. Перед выполнением опытов сделайте измерение температуры воды в лотке и обусловьте её коэффициент кинематической вязкости n, для определения коэффициента кинематической вязкости воды используйте данные справочника [6, стр. 13, табл. б/н]. Запишите температуру и вязкость воды в строчку над табл. 30.1 (приведена ниже).

5. Установите в нижнем бьефе недлинной трубы Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) квадратного поперечного сечения глубину потока, не допускающую затопление сечения трубы. Для этого регулируемый переливной порог в отводящем участке лотка оставьте в горизонтальном положении.

6. После стабилизации уровня верхнего бьефа перед моделью недлинной трубы и гидравлического режима работы лотка (время стабилизации около 3-х – 5 минут) сделайте измерения и запишите в строчку табл. 30.1, подобающую Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) номеру опыта (№), последующих экспериментальных данных:

- пропускаемого расхода Q (измеряется электрическим расходомером класса точности 0,3 с спектром измерений 0÷150 м3/час);

- глубины потока в верхнем бьефе hвб (измерение делается электрическим шпиценмасштабом, выставленным на ноль на отметке дна лотка);

- уровня свободной поверхности потока в среднем сечении по длине трубы ус (измерение делается Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) при помощи пьезометрического щита);

- глубины потока в отводящем канале нижнего бьефа hнб (измерение делается вторым электрическим шпиценмасштабом, выставленным на ноль на отметке дна лотка).

7. Повысьте расход потока на 5 м3/час.

8. Дальше повторите деяния от пт 6 до пт 7. Повторите опыты пару раз. Последний опыт сделайте при максимально высочайшем расходе около 60 м3/час, при Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) котором маленькая труба квадратного сечения остается работать в незатопленном режиме.

9. После выполнения программки опытов выключите насос и приборы.

10. После сброса воды из рабочего участка лотка методом конкретных замеров по пьезометрическому щиту обусловьте и запишите в нижнюю строчку табл. 30.1 отметку дна лотка (удс) в створе измерения уровня Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) свободной поверхности потока в среднем сечении по длине трубы.

11. Дальше сделайте камеральную обработку и анализ результатов проведенных экспериментальных исследовательских работ.

12. В табл. 30.1 вместе с конкретно измеренными значениями Q, hвб, ус, удс и hнб запишите результаты вычислений, приобретенных при обработке опытнейших данных:

- соотношений глубин воды перед входом в трубу к высоте квадратной трубы Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) hвб/а (где а = 133 мм), при незатопленной трубе это соотношение должно быть наименее 1,2, а при полунапорном режиме – в границах от 1,2 до 1,4 (см. формулы (30.1) и (30.2));

- глубин потока в среднем сечении по длине трубы

; (30.18)

- критичных глубин потока hк (см. формулу (30.3));

- скоростей потока в верхнем бьефе V0 (см. формулу (30.9)), в канале Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) незатопленной трубы (критичных скоростей) Vк (см. формулу (30.4)) и в нижнем бьефе Vнб (см. формулу (30.15));

- геометрических (гидростатических) напоров Н (см. формулу (30.8));

- гидродинамических напоров Н0 (см. формулу (30.7));

- коэффициентов расхода m, приведя формулу (30.6) к виду,

; (30.19)

- гидравлических утрат в недлинной незатопленной трубе квадратного сечения hw (см. формулу (30.13));

- гидравлических утрат на исходном участке канала Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) нижнего бьефа при неожиданном расширении потока после выхода из трубы hм.вр (см. формулу (30.14));

- чисел Рейнольдса Re (см. формулу (30.16)).

13. В табл. 30.2 (приведена ниже) в согласовании с конструктивными размерами модели недлинной трубы квадратного сечения и изменяемыми в процессе опытов расходами Q (см. табл. 30.1) запишите и вычислите расчетные значения:

- коэффициентов расхода недлинной водопропускной Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) незатопленной трубы, для трубы прямоугольного (квадратного) сечения без оголовка принимаемых равными по Угинчусу1 m = 0,32;

- гидродинамических напоров по Угинчусу Н0р.У , приведя формулу (30.6) к виду,

; (30.20)

- невязок меж расчетными по Угинчусу Н0р.У и опытнейшеми Н0 данными

; (30.21)

- коэффициентов Кориолиса, принимаемых равными a = 1,03;

- коэффициентов гидравлического сопротивления при неожиданном сужении канала при Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) входе потока из лотка в водопропускную незатопленную трубу zвх (см. формулу (30.12));

- коэффициентов скорости, учитывающих местные утраты напора при входе потока в водопропускную незатопленную трубу j (см. формулу (30.11))

- коэффициентов расхода недлинной водопропускной незатопленной трубы m по Бахметьеву – Идельчику (см. формулу (30.10));

- гидродинамических напоров по Бахметьеву – Идельчику Н0р Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт).БИ , приведя формулу (30.6) к виду,

; (30.22)

- невязок меж расчетными по Бахметьеву – Идельчику Н0р.БИ и опытнейшеми Н0 данными

. (30.23)

14. По результатам вычислений табл. 30.1 и 30.2 на миллиметровой бумаге формата А4 (210´297 мм) постройте графики экспериментальных и расчетных напор – расходных Q – H0 черт недлинной незатопленной трубы квадратного сечения (H0 = f(Q), H0р.У = f Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт)(Q), H0р.БИ = f(Q)). На графиках покажите экспериментальные точки замеров, расчетные графики покажите сплошными плавными линиями тренда. Графики, относящиеся к различным расчетным способам, выделяйте цветом карандаша. На той же форматке покажите экспериментальные графики гидравлических утрат в границах проточного тракта трубы hw = f(Q), утрат за Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) её пределами на выходе в нижний бьеф hм.вр = f(Q) и глубины потока в среднем сечении по длине трубы hс = f(Q). На обозначенных графиках покажите экспериментальные точки замеров, соединенные плавными линиями тренда. Тут же покажите расчетную кривую критичных глубин в функции пропускаемого расхода hк = f(Q), на Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) расчетной кривой точки расчетов не указываются, сам график покажите сплошной плавной линией тренда.

15. Сделайте сопоставительный анализ экспериментальных и расчетных данных по напор – расходным Q – H0 чертам недлинной незатопленной трубы квадратного сечения, соотнесите экспериментальный график функции hс = f(Q) с его расчетным аналогом hк = f(Q). Дайте оценку соответствия экспериментальных и Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) расчетных данных: не плохое соответствие, удовлетворительное, несоответствие.

16. По результатам вычислений табл. 30.1 и 30.2 на другом листе миллиметровой бумаги формата А4 (210´297 мм) постройте графики экспериментальных и расчетных функций конфигурации коэффициентов расхода недлинной незатопленной трубы квадратного сечения от числа Рейнольдса (m = f(Re)). На графиках укажите экспериментальные точки замеров, которые соедините плавными Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) линиями тренда, на расчетных графиках точки расчетов не указываются, сами расчетные графики покажите сплошными плавными линиями тренда. Графики, относящиеся к различным расчетным способам, выделяйте цветом карандаша.

17. Сделайте сопоставительный анализ экспериментальных и расчетных данных по коэффициенту расхода недлинной незатопленной трубы квадратного сечения m = f(Re). Дайте оценку соответствия экспериментальных Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) и расчетных данных: не плохое соответствие, удовлетворительное, несоответствие.


Таблица 30.1. Экспериментальное исследование пропускной возможности и гидравлического сопротивления

незатопленной недлинной трубы квадратного сечения с размерами а = 133 на 133 мм и длиной l = 1210 мм

(температура воды t = ______оС, коэффициент кинематической вязкости воды n =________м2/с)

Бывалые данные Обработка опытнейших данных
Q hвб ус hнб hвб/а hс Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) V0 Vнб Н Н0 m hw hм.вр Re
м3/час мм мм мм м м м/с м/с м/с м м м м
0,0

Таблица 30.2. Расчетная пропускная способность незатопленной недлинной трубы

квадратного сечения с размерами а = 133 на 133 мм и длиной l = 1210 мм

Q по Угинчусу Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) по Бахметьеву – Идельчику
m Н0р.У D a zвх j m Н0р.БИ D
м3/час м % м %

Работа принята......................................................


[1] Ухин Б.В., Мельников Ю.Ф. Инженерная гидравлика : учебное пособие / Под редакцией Б.В. Ухина. Москва : Издательство АСВ, 2007. – 344 с.

[2] Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Москва Короткая незатопленная водопропускная труба (кульверт) : Книжка по просьбе, 2012. – 466 с.


korrekcionnij-blok-programmi-1-kompleksirovanie-programm-metodik-i-tehnologij-v-sootvetstvii-rechevimi-narusheniyami-osnovnaya-programma.html
korrekcionno-logopedicheskaya-rabota-s-umstvenno-otstalimi-doshkolnikami-zabarovskaya-yuliya-ivanovna-uchitel-logoped-visshej-kategorii-korrekcionno-logopedicheskaya-rabota-s-umstvenno-otstalimi-doshkolnikami.html
korrekcionno-pedagogicheskaya-rabota-pri-afazii.html