Работа 4. Исследование гидравлического прыжка
Цель работы. Изучение картины гидравлического прыжка, определение его параметров и сравнение их с литературными данными.
4.1. Общие сведения
Гидравлический прыжок представляет собой часть потока, в пределах которой бурный поток переходит в спокойный. Этот переход сопровождается резким возрастанием глубины потока от величины hI, меньшей критической глубины hкр, до величины h11, большей критической. Глубины h1 и h11 называются соответственно первой и второй сопряжёнными глубинами. Гидравлический прыжок возникает после водосливных плотин, различных водомерных лотков и водосливов, дорожных труб и т.п.
На рис. 4.1 приведена схема гидравлического прыжка, возникающего при истечении жидкости из-под щита.
Рис. 4.1. Виды гидравлических прыжков
В гидравлическом прыжке различают две зоны. В верхней зоне образуется аэрированный вращающийся водяной валец, а в нижней наблюдается поступательное движение воды.
В зависимости от положения начала прыжка относительно сжатого сечения струи различают отогнанный (от сжатого сечения) прыжок, прыжок в сжатом сечении и затопленный прыжок (см. рис. 4.1).
В инженерной практике для определения вида прыжка рассчитывается вторая сопряжённая глубина hс11 относительно глубины в сжатом сечении hc, т.е. глубина в Н.Б., при которой прыжок начинается в сжатом сечении, а hI = hc
3
3
,
(4.1)
где Q – расход воды; b – ширина потока (лотка); g = 981 см/с2; hc – глубина в сжатом сечении.
Сравнение h11c c бытовой глубиной hб позволяет определить вид прыжка:
при h11c < hб – отогнанный (от сжатого сечения) прыжок;
при h11c = hб – прыжок в сжатом сечении;
при h11c > hб – затопленный прыжок.
4.2. Порядок выполнения работы
Работа выполняется на устройстве № 6 (изображение б рисунка введения).
1. Установить устройство на стол так, чтобы модель щита оказалась вверху, и подождать, пока вся жидкость перетечёт в нижний бак.
2. Перевернуть устройство в вертикальной плоскости и небольшим поворотом его влево или вправо установить после щита отогнанный гидравлический прыжок (см. рис 4.1), наблюдать его, при этом замерить бытовую глубину (глубину за прыжком) hб и время t изменения уровня в баке со шкалой на произвольную величину S.
3. Повторить действия по пунктам 1 и 2, создав в канале прыжок у сжатого сечения, а затем провести аналогичный опыт при затопленном прыжке.
4. Результаты занести в табл. 4.1, сделать вычисления и проанализировать их.
Таблица 4.1
№ п/п |
Наименование величин |
Обозначения, формулы |
Знач-я величин |
1 |
Изменение уровня воды в баке, см |
S |
|
2 |
Время наблюдения за уровнем, с |
t |
|
3 |
Расход воды, см3/с |
Q=ABS/t |
|
4 |
Глубина в сжатом сечении, см |
hc=εa |
|
5 |
Критическая глубина, см |
|
|
6 |
Сопряжённая глубина, см |
|
|
7 8 |
Отогнанный прыжок Бытовая глубина, см Критерии прыжка |
hб hб <h11c |
|
9 10 |
Прыжок в сжатом сечении Бытовая глубина, см Критерии прыжка |
hб hб =h11c |
|
11 12 |
Затопленный прыжок Бытовая глубина, см Критерии прыжка |
hб hб >h11c |
|
Примечание. Размеры сечения бака А = … см, В = … см; ширина лотка b = … см; высота отверстия под щитом а = … см; коэффициент Кориолиса α = 1.1; ускорение свободного падения g = 981 см/с2; коэффициент вертикального сжатия струи ε = 0.85.