17
За счет достаточно большой инертности гидродинамические
трубки измеряют осредненную скорость.
Описанные выше гидродинамические трубки позволяют измерять
только значение местной скорости. Для одновременного определения
как значения, так и направления скорости, применяют гидродинамиче-
ские трубки специальных конструкций, например, шаровые.
Измерение скоростей потока воды на свободной поверхности при
помощи поплавков осуществляется по определенным правилам
. На
прямом участке русла перпендикулярно к течению разбиваются четыре
створа: 1) пусковой, 2) верховой, 3) низовой и 4) средний. Расстояние
между верховым и низовым створами устанавливают с таким расчетом,
чтобы время прохождения поплавка между ними было не менее 20 се-
кунд, т. е. L
2-3
>
20
v'
max
, где v'
max
⎯ примерная наибольшая скорость те-
чения в стержне потока. Расстояние между пусковым и верховым ство-
рами принимают L
1-2
≈
0,2L
2-3
. Поплавок опускается в пусковом створе.
Между пусковым и верховым створами скорость движения поплавка
выравнивается со скоростью потока. Затем фиксируется время t прохо-
ждения поплавка между верховым и низовым створами. Скорость тече-
ния на поверхности определяется по формуле
u
пов
=
L
2-3
/t. (2.7)
Полученное значение u
пов
относят к среднему створу.
По результатам измерений осредненной местной продольной
скорости на различных глубинах потока определяют среднюю ско-
рость v
в
на данной вертикали, что можно сделать графическим или
аналитическим методами.
При графическом методе строится эпюра распределения осред-
ненных местных продольных скоростей на вертикали (см. рису-
нок 2.1) и определяется ее площадь S
эп
. Средняя скорость на верти-
кали определяется по формуле
v
в
=
S
эп
/h, (2.8)
где h ⎯ высота эпюры, равная глубине потока.
При аналитическом методе определения средней скорости на
вертикали пользуются различными эмпирическими формулами, на-
пример,
18
)233(1,0
дон8,06,02,0повв
uuuuuv
hhh
++++= , (2.9)
где u
0,2h
, u
0,6h
и u
0,8h
⎯ осредненные местные продольные скорости
на глубинах 0,2h, 0,6h и 0,8h соответственно; u
пов
и u
дон
⎯ скорости
движения на свободной поверхности и у дна соответственно.
Из опыта известно, что в широких руслах при отношении b/h
≥
5
(где b ⎯ ширина русла) распределение скоростей на осевой верти-
кали можно считать не зависящим от влияния стенок. При этом ус-
тановлено, что средняя скорость v приблизительно находится
в точке, расположенной на расстоянии от дна z
v
=
0,368
h. То есть
для приближенной оценки средней скорости движения воды в таком
русле и определения расхода достаточно произвести одноточечное
измерение местной скорости на глубине h
v
=
0,632
h.
В узких руслах и лотках влияние стенок на распределение скоро-
стей значительно по всей ширине, причем максимум скорости, как
правило, наблюдается не на поверхности открытого потока, а на
некоторой глубине (см. рисунок 2.1). Поэтому для определения
средней скорости необходимо произвести многоточечное измерение
местных скоростей.
Описание экспериментальной установки
Работа проводится в гидравлическом лотке, описание которого
приводится в работе № 1 (см. рисунок 1.3). Для измерения осред-
ненных местных продольных скоростей на осевой вертикали ис-
пользуется гидродинамическая трубка ЦАГИ (Центральный аэро-
гидродинамический институт имени Н.Е. Жуковского) с микрома-
нометром (см. рисунок 2.3). Для обеспечения вертикального пере-
мещения и определения положения гидродинамическая трубка
при-
креплена к штанге игольчатого уровнемера (см. рисунок 1.1).
Порядок выполнения работы
1. Полностью открыть затвор 14 в конце лотка 11 (см. рисунок 1.3).
2.
При полностью открытой задвижке 5 с пульта управления 3
запустить погружной насос 2, который питает бак 6. Дождаться на-
полнения бака 6, о чем будет свидетельствовать перелив избытка
воды через перегородку 7.