CC BY
37
УДК 532.535
ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЫЖКА В КАЧЕСТВЕ ВОДОМЕРА
ЕЛГ Романенко, доцент, к/т.н., М.И. Черничко, студент, ХИАДУ
Аннотация. Приведены методика и результаты экспериментальных исследовании гид рае.7 ического прыжка.
К.ічічєньіє слова: гидравлический прыжок, эксперимент, сопряженные глубины, расход.
Введение
Гидравлический прыжок это явление резкого, скачкообразного повышения уровня воды в открытом русле при переходе потока из бурного состояния в спокойное. При гидравлическом прыжке происходит переход потока через критическую глубину (рис. 1). Глубины потока до прыжка ¡1 и после И* называются сопряженными.
^ІГТ-Кс^Л
Рис I. Гидравлический прыжок Анализ публикаций
Для призматического русла с малым уклоном дна основное уравнение гидраал»гческого прыжка имеет вид
аг(? . ап(?
--------+ .У,(0| ------------т
£0), #0)2
0)
где а корректив количества движения Оо1= а<,7 = = = 1,05; у - расход; у} и у2 глубины
погружения центра тяжести сечений 1-1 и 2-2; в), и со: - плошали живых сечений 1-1 и 2-2.
В условиях русла прямоугольного сечения с шириной Ь по дну уравнение прыжка имеет вид
е-ЬИ’
ш-ыг
После преобразования ланного уравнения расход воды в русле выражается через значения сопряженных глубин /У и Ия гидравлического прыж-ка[1]
<2 -ь
(2)
Удельный расход или расход на единицу ширины русла может быть определен но зависимости
Я
ап *2
(3)
Формула (2) упрощается, если записать в ней И’ » Нв
Ь;г>
/я> 2
сантиметровых размерах
и выразить все сомножители в
у-Ь 30.(,^к /,ср.
Цель и постановка гадачн
(4)
Для проверки возможности практического использования приведенной формулы расхода и оценки ее точности в гидравлической лаборатории кафедры теоретической механики и гидравлики ХНАДУ были проведены необходимые экспериментальные исследования
Методика и результаты исследований
Схема лабораторной установки изображена на рис. 2. Насос 3 забирает воду из приемного резервуара 1 и по всасывающему трубопроводу 2 подает ее по напорному трубопроводу 8, снабженному вентилем 7, в верхний бак У. На напорном трубопроводе вмонтированы водомер (УВК-40) 5 и механический манометр 4. В верхнем баке уста-
новлсны уровнсмерная трубка 10 и мерный водослив 11. Вода из верхнего бака поступает в открытый лоток 12. оборудованный мерной иглой 14. подъемником 6 и затвором 15.
Рис. 2. Схема лабораторной установки
Щитовой затвор 13 устанавливался в лотке прямоугольного сечения с шириной Ь = 0,2 м н длиной / = 3.0 м. Стенки и лно лотка изготовлены из органического стекла, что позволяет визуально наблюдать за объектом исследований и способствует производству более точных измерений. С помощью подъемника 6 лотку можно придавать требуемый уклон. Затвор 15 в виде жатюзи служит для реагирования уровня воды в нижнем бьефе.
В лотке с горизонтальным уклоном лна исследовался гидравлический прыжок, создаваемый в результате истечения потока из-под щита. Расход £ воды измерялся с помощью треугольного водослива [3]. Величина напора Н на ею пороге определялась с помощью уровнемерного стекла. Сопряженные глубины измерялись мерной иглой по нонниусу с точностью до 0.1 мм. Полученное опытным путем значение расхода ^ сравнивалось со значением расхода , подсчитанного по значениям сопряженных глубин. Проведенные опыты отличались величиной расхода. Число Фру да потока, выражающее, как известно, отношение сил инерции к гравитационным силам, подсчитывалось в сечении до гидравлического
прыжка по формуле Гг = V / >/#й [2], где V -
средняя скорость потока. И - глубина потока. В проведенных опытах при Гг = 2 2,5 образовы-
вался слабый прыжок, на поверхности которого наблюдался ряд небольших вальцов и ниже по течению поверхность потока оставалась гладкой. При Гг = 2.5 - 3.2 образовывался так называемый пульсирующий прыжок, в котором создавалась пульсирующая струя, проникающая от дна прыжка к поверхности и обратно При этом возникала волна, перемещающаяся вниз по течению.
Основой проведенных исследований являлись из мерения. Поэтому искомые значения технических величин, находящихся опытным путем, неизбежно содержат какую-то погрешность. Оценка точности эксперимента велась на основе вычисления средней квадратичной погрешности. Надежность. т.е. вероятность попадания истинною значения измеряемой величины в определенный
интервал, при ним атас ь 0,95 [4]. Таким значением надежности ограничиваются при обычных технических измерениях. Границы доверительного интервала при малом числе измерений устанавливались с помощью коэффициента Стьюденга. который для малого числа измерений {п -5) и принятой величине надежности а - 0,95 равнялся /п(«)«2,57. Затем устанавлнватся наиболее наглядный показатель измерения относительная ошибка. Результаты опытов и расчетов сведены в табл. 1 и 2.
Таблица 1 Результаты экспериментов
¡ш опыт А', СМ h\ см п. см Q*. л/с Ft а. 1 л/с
1 2,28 5,79 9,5 4.01 2.02 4,10 ,
2 2,15 6.34 lA6 4.11 2,26 4,28
3 2.07 6.54 9.7 4.32 2.44 4,29
4 2.20 7,45 10.3 4.89 2,60 5.01
5 1.98 8.29 10.5 5.13 3.20 5.16
ь 2,05 8.92 10,8 5.50 3,30 5.63
7 2,09 9.34 11,1 5*89 338 5.94
8 2.19 9.48 11.3 6,15 3,29 6,19
Таблица 2 Сравнение расходов Ои и Os
ОПЫ1. 1 *> j. 3 4 5 6 7 8
Єб.% 1.4 2.1 V V 2.2 2,6 •> •>
Гп.% 2^ 1.7 !.8 2,1 1,7 3,0 2.3 2.0
AQJQ» % 2 0 4,1 1.7 2,4 0.6 2,4 ОД 0.6
Выводы
Результаты проведенных исследований гидравлическою прыжка для потоков с числами Фру да 2,2 - 3,5 свидетельствуют, что расходы, подсчитанные по зависимости (4). хорошо подтверждаются опытными значениями. Следовательно, по значениям сопряженных глубин можно вполне точно определять расход потока в лабораторных условиях.
Литература
1. Павловский H.H.. Собрание сочинений, т.1.
М.: Изд. АН СССР. 1955.
2. Чоу В .Т. Гидравлика открытых канатов.(Псрс-
вод с английского). - М., 1969. - 460 с.
3. Киселев 11.Г. Справочник по гидравлическим
расчетам. - М.: Госэнергоиздат. 1957. -352 с.
4. Кассандрова ОТ!., Лебедев В.В. Обработка
результатов наблюдений. - М.: Наука, 1970. 104 с.
Рецензент: В.В. Филиппов, профессор, д.т.и., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 21 марта 2007 г.
