Praktikum iz hidraulike Str. 3-1

III vjeba Preljevanje preko irokog praga

Mali stakleni lijeb je izraen za potrebe mjerenja pojedinih hidraulikih parametara teenja na kratkim objektima u otvorenom koritu. U okviru nastave se u malom staklenom lijebu mjere karakteristine hidraulike veliine pri prelijevanju preko dva preljeva te se pokazuje prijelaz iz laminarnog u turbulentni reim toka (Reynoldsov pokus). U okviru vjebi iz hidraulike mjerit e se karakteristine hidraulike veliine pri prelijevanju preko irokog praga i preljeva praktinog profila. Na slici 3.1 je prikazan mali stakleni lijeb sa ugraenim irokim pragom. U mali stakleni ljeb se mogu ugraditi i drugi nastavni modeli kao to je npr. preljev praktinog profila (slika 3.2).

Slika 3.1 Mali stakleni lijeb sa ugraenim irokim pragom Mali stakleni lijeb se snabdijeva vodom iz zatvorenog vodoopskrbnog sustava izgraenog u hidrotehnikom laboratoriju. Voda se iz vodospreme ukopane ispod laboratorija pomou niskotlane crpke tlai u sistem cijevi razveden po laboratoriju, pomou kojih dolazi do malog staklenog lijeba. Na ulazu u mali stakleni lijeb je ugraen zasun kojim se regulira protok. Iz neprozirnog dijela modela kroz koji voda ulazi u model, voda protjee ispod podignute tablaste zapornice i ulazi u mjerni dio modela pravokutnog poprenog presjeka sa prozirnim bonim stjenkama. U tom dijelu se formira teenje sa mirnim reimom a razina vode se mjeri pomou (ugraene) mjerne igle. Otprilike na sredini malog staklenog lijeba je ugraen iroki prag na kojem se javlja kritini reim teenja te nakon njega tok prelazi u siloviti reim. Pod pojmom preljev sa irokim pragom se podrazumijeva preljev duljine 3H

Praktikum iz hidraulike Str. 3-2

l 8H (pri emu je H specifina energija presjeka). Na veem dijelu praga se uspostavlja kritina dubina te nastaje priblino paralelno strujanje. Na nizvodnom pokosu praga se formira silovito teenje koji se moe protegnuti i iza praga. Prijelaz iz silovitog u mirni reim se odvija u vodnom skoku iji poloaj je odreen odnosom druge spregnute dubine i dubine donje vode koja se moe regulirati pomou zapornice na izlasku iz mjerne dionice. Reguliranjem visine zapornice na nizvodnom kraju mjerne dionice se moe postii potopljeni, normalni ili odbaeni vodni skok. Na izlasku iz mjerne dionice se voda preljeva preko pravokutnog otrobridnog preljeva bez bone kontrakcije i ulazi u veliku pravokutnu posudu na ijoj stjenci je ugraen Thompsonovo preljev. Preko Thompsonovog preljeva voda istjee u sistem kanala sagraen ispod laboratorija. Slika 3.2 Mali stakleni lijeb sa ugraenim preljevom praktinog profila 1. Svrha ispitivanja:

a) Na modelu irokog praga u staklenom pravokutnom lijebu potrebno je za 3 razliite dubine vode h (igla 2) ispred irokog praga odrediti Q-h krivulju na irokom pragu, te izraunati koeficijent protoka.

Slika 3.3 Skica modela sa irokim pragom te poloajem mjernih igala

Praktikum iz hidraulike Str. 3-3

b) Za otrobridni preljev na nizvodnom kraju modela je potrebno pomou igle 4 odrediti preljevnu visinu hpr, krivulju Q-hp, te koeficijent preljeva.

c) Za preljev praktinog profila u staklenom pravokutnom lijebu je potrebno

pomou tri razliite preljevne visine hp (pomou Igle 2) odrediti krivulju Q-hp, te koeficijent prelijevanja.

Slika 3.4 Skica modela sa preljevom praktinog profila i poloajem mjernih igala 2. Tok ispitivanja Prije poetka provedbe pokusa, potrebno je odrediti nulta oitanja mjernih igala na: a) Thomsonovom preljevu treba izmjeriti kotu dna preljeva tj. kotu pri kojoj poinje

preljevanje (pomou igle 1), b) kotu dna kanala ispred irokog praga da bi se tijekom pokusa mogla izmjeriti dubina vode u mirnom reimu ispred praga (pomou igle 2), c) kotu dna kanala iza preljeva (pomou igle 3) i d) kotu dna kanala ispred vertikalne ustave (pomou igle 4). Slika 3.3 Preljevanje preko irokog praga

Praktikum iz hidraulike Str. 3-4

Nakon ukljuivanja crpke koja vodom snabdijeva model, potrebno je otvoriti ventil na cjevovodu kojim voda dotjee do modela, te regulacijom vertikalne ustave na nizvodnom kraju modela formirati teenje s normalnim vodnim skokom iza irokog praga. Potrebno je provesti tri pokusa a svaki pokus se provodi u stacionarnim uvjetima tj. sa stalnim protokom tijekom itavog pokusa. Protok je odreen stupnjem otvorenosti ventila na dovodu. Ukupno se izvode tri pokusa pri tri razliita protoka, svaki put treba uspostaviti stacionarno teenje te oitati mjerne igle 1,2, 3 i 4, izmjeri se dubina vode nad irokim pragom hkr, te se izmjeri visina vertikalne ustave P koja je ista za sva tri mjerenja. Za upis ovih podataka slui tablica priloena u dodatku.

Slika 3.4 Ovisnost preljevanja preko irokog praga o razini donje vode Na slici 3.4 su prikazani oblici vodnog lica za isti protok ali razliite naine preljevanja preko irokog praga u ovisnosti o dubini doljnje vode. Na lijevoj gornjoj slici je prikazano preljevanje pod uvjetom da je dubina doljnje vode manja od druge spregnute dubine te je reim teenja iza praga silovit. Na desnoj gornjoj slici je prikazan sluaj u kojem je dubina doljnje vode jednaka drugoj spregnutoj dubini te se javlja normalni vodni skok. Doljnja lijeva slika je napravljena u uvijetima kad je doljnja voda dublja od druge spregnute dubine te se javlja potopljeni vodni skok. Desna doljnja slika je napravljena u uvjetima kad je doljnja voda dovoljno duboka da se na pragu ne javlja kritino teenje ve je reim teenja ispred, na i iza praga miran. Obrada podataka: a) iroki prag a1) Grafiki prikai protonu krivulju Q-h na irokom pragu, konstruiranu pomou podataka dobivenih pri izvoenju tri pokusa. Protok se mjeri na Thomsonovom preljevu, i rauna po jednadbi:

5,24,1 ThQ =

Praktikum iz hidraulike Str. 3-5

gdje se protok Q dobiva u (m3/s) ako je preljevna visina hT iskazana u (m). Na istom dijagramu, radi usporedbe, prikai i teoretsku protonu krivulju preko otrobridnog preljeva na kraju staklenog ljeba koja je definirana jednadbom: 2/3705,1 phBQ = gdje je Q (m3/s), ako je irina preljeva oznaena sa B i a preljevna visina sa hp u (m). irina pravokutnog lijeba na modelu je B = 0,12 m. a2) U danim uvjetima teenja, nad irokim pragom se javlja kritina dubina. Za sva tri pokusa, usporedi izmjerene vrijednosti kritine dubine s modela i vrijednosti prema teoretskoj formuli: Podudaranje ovih dviju vrijednosti govori i o tonosti mjerenja protoka pomou Thomsonovog preljeva. a3) Grafiki prikai vezu koeficijenta protoka Cp i dubine vode h ispred irokog praga pomou izmjerenih veliina iz tri pokusa. Koeficijent protoka se rauna prema jednadbi: b) Preljev praktinog profila Preljevom praktinog profila se naziva preljev ija stjenka sa nizvodne strane prati oblik mlaza. Kod preljeva praktinog profila se dakle, za zadanu (usvojenu) preljevnu visinu, na kontaktu preljeva i mlaza zadrava atmosferski tlak.

Slika 3.5 Preljev praktinog profila Protok preko preljeva praktinog profila se moe raunati po jednadbi:

32)/(1 BQ

ghkr =

2/32 hgBQCp

=

Praktikum iz hidraulike Str. 3-6

2/32 phgBmQ =

Pri emu je m koeficijent preljevanja a za model u staklenom ljebu se moe usvojiti m = 0.429. Usporedi rezultate mjerenja protoka preko preljeva praktinog profila sa mjerenjima na Thomsonovom preljevu te ucrtaj izmjerene dubine ispred i iza praga te ispred i iza preljeva praktinog profila (za istu protoku) na krivulji specifine energije. c) Vertikalna ustava (otrobridni preljev) Grafiki prikai vezu koeficijenta preljeva m i preljevne visine hp ispred vertikalne ustave, pomou izmjerenih veliina iz tri pokusa. Koeficijent preljeva se rauna prema formuli:

2/32 phgBQm

=

Praktikum iz hidraulike Str. 3-7

DODATAK : Tablice za unos izmjerenih podataka

iroki prag

Igla 1 Thompsonov

preljev (mm)

Igla 2 (mm)

Igla 3 (mm)

Igla 4 (mm)

Nulta oitanja

hkr

(cm) P (konst.)

(cm)

1. pokus

2. pokus

3. pokus

Preljev praktinog

profila

Igla 1 Thompsonov

preljev (mm)

Igla 2 (mm)

Igla 3 (mm)

Igla 4 (mm)

Nulta oitanja

Visina preljeva (konst.)

(cm)

P (konst.) (cm)

1. pokus

2. pokus

3. pokus

Praktikum iz hidraulike Str. 3-8

GRAEVINSKI FAKULTET SVEUILITE U ZAGREBU k.god. Diplomski studij Predmet: H I D R A U L I K A

Student :

Mat.broj : Zadatak 3 : Kontrolni profil

Redoslijed i obim mjerenja je opisan u praktikumu u okviru objanjenja vjebe. Zadano: Pregledao: Rok predaje:

P (konst.)P (konst.)(cm)