• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

На допомогу студентові.

Визначення швидкостей течії води необхідне для обчислення витрат води, а також для будівництва мостів і гідротехнічних споруд, потреб судноплавства і лісосплаву.

Для вимірювання швидкостей течії води застосовують методи і прилади, дія яких грунтується на фізичних принципах:

1. Метод, який ґрунтується на реєстрації кількості обертів лопатевого гвинта (ротора). Головним приладом для вимірювання Швидкості течії у цьому випадку с гідрометричний млинок.

2. Метод, який ґрунтується на реєстрації швидкості пливучого тіла. Для вимірювання швидкості застосовують різні кострукції поплавків: поверхневі, глибинні, інтегратори, а також гідрометричні жердини.

3. Метод, який ґрунтується на реєстрації кута повороту пластинки, яку відхиляє потік. Швидкість течії у цьому випадку вимірюють гідрометричним флюгером.

4. Метод, який ґрунтується на реєстрації швидкісного напору. До цього типу приладів належать гідрометричні трубки різної конструкції.

5. Метод, який ґрунтується на принципі теплообміну. Швидкість течії у цьому випадку вимірюють прилади, які називають гідрокатазондамн (термогідрометрами).

6. Метод, який ґрунтується на вимірюванні об'єму води, яка потрапила у прилад під час спостереження. Таким приладом є батометр-тахіметр.

7. Метод, який ґрунтується на застосуванні ультразвуку. Швидкість течії при цьому вимірюють за допомогою так званих ультразвукових вимірників швидкості.

Найчастіше при виконанні гідрометричних робіт на річках, озерах, водосховищах і каналах вимірювання швидкостей течії здійснюють гідрометричними млинками. Рідше застосовують гідрометричні поплавки. Батометрами-тахіметрами для вимірювання швидкостей течії тепер майже не користуються. Гідрометричні трубки, термогідрометри, ультразвукові вимірники використовують переважно під час виконання науково-дослідних робіт у лабораторних умовах.

Принцип вимірювання швидкостей течії води гідрометричним млинком полягає у тому, що лопатевий гвинт (ротор) млинка під впливом течії води обертається зі швидкістю, пропорційною швидкості течії. При вимірюванні швидкості течії визначають кількість обертів лопатевого гвинта за певний проміжок часу, що дає змогу обчислити кількість обертів за одну секунду і за тарувальним графіком млинка визначити швидкість течії води.

Поплавки сприймають швидкість води, що рухає їх, а тому принцип вимірювання ними швидкостей течії полягає у визначенні часу t, за який проходить поплавок разом з водою певну відстань L. Швидкість течії при цьому обчислюють за формулою:

V=L/t

Розглянемо будову гідрометричного млинка. Він є найточнішим приладом для вимірювання швидкостей течії води. Існує чимало різних типів гідрометричних млинків, які відрізняються між собою розташуванням осі, будовою контактного і лічильного механізмів, способом встановлення на точку та ін. Найбільшого поширення для вимірювання швидкості течії води сьогодні набули млинки Гр-21, Гр-21М і Гр-55.

Гідрометричний млинок Гр-21 (Рис. 3.1.) налічує такі головні частини: корпус, хвостове оперення, ходову частину з контактним механізмом і лопатевим гвинтом, сигнальний пристрій.

а) Гідрометричний млинок ГР-21: 1 – лопатевий гвинт, 2 – корпус, 3 – клема, 4 – хвостове оперення

б) Гідрометричний млинок ГР-55: 1 – ходова частина, 2 – корпус, 3 – затискні гвинти, 4 – хвостове оперення

Рис. 3.1. Будова гідрометричних млинків: а) ГР-21, б) ГР-55 (доступно при скачуванні повної версії)

Корпуспризначений для з'єднання окремих частин вертушки. У передній частині корпусу є порожнина, в яку встановлюється і закріплюється стопорним гвинтом вісь ходової частини. Зверху на корпусі є дві клеми для підключення проводів сигналізації. У тильній частині корпус має вертикальний отвір для кріплення млинка на штанзі або на вертлюзі (у випадках роботи з троса). До тильної частини корпусу гвинтом прикріплюють хвостове оперення, призначене для того, щоб утримувати лопату млинка проти течії. Хвостове оперенняскладається із штоку і двох симетричних пластин увігнутої форми.

Ходова частина млинка складається з лопатевого гвинта діаметром 120 мм, осі з контактним механізмом, двох шарикопідшипників, внутрішньої і зовнішньої втулок і осьової гайки. Ходова частина встановлюється в циліндричну порожнину лопаті, запов­нену трансформаторним маслом, і кріпиться в ній муфтою. При обертанні лопатевого гвинта вісь ходової частини залишається нерухомого.

Контактний механізм млинка замикає електричне коло через 20 обертів лопатевого гвинта.

Сигнальний пристрійскладається з клемної панелі, дзвоника, сигнального проводу і призначений для перетворення електричного імпульсу в звуковий сигнал.

При використанні млинка ГР-21 точки вимірювання швидкостей визначають по вертикалі у такій послідовності:

Таблиця (доступно при скачуванні повної версії)

Млинок ГР-21 М (модернізований) відрізняються від млинка ГР-21 лише конструкцією окремих деталей ходової частини, а загалом це млинки одного класу.

Гідрометричний млинок ГР-55 складається з тих же основних частин, що й млинки ГР-21 і ГР-21М, і відрізняється від них лише меншими розмірами, а тому цей млинок називають малогабаритним. Млинок ГР-55 має два лопатеві гвинти діаметром 70 мм: гвинт №1 застосовують при швидкостях течії від 0,55 до 2,5 м/с, гвинт №2 – від 2,5 до 5,0 м/с. Унаслідок малих розмірів зазначений млинок зручний для роботи у водотоках з невеликими глибинами.

Тарування млинка – це спеціальне випробування млинка, під час якого визначається емпірична залежність між швидкістю течії води і кількістю обертів лопатевого гвинта за одну секунду. Перше тарування вертушки виконують після її виготовлення. Подальше тарування за нормальних умов її експлуатації провадять один раз на два роки. У випадку пошкодження млинка необхідно його негайно відремонтувати і здійснити тарування.

Для вимірювання швидкості течії води також використовують гідрометричні поплавки. Залежно від будови і призначення поплавки поділяють на поверхневі і глибинні.

Поверхневі поплавки застосовують для вимірювання швидкості і напряму течії у поверхневому шарі води. Як поверхневі поплавки можна використовувати дерев'яні кружки діаметром 10-30 см і 3-5 см завтовшки; дві дошки, скріплені навхрест; пляшки, частково заповнені водою. Для кращої видимості поплавків з берега до них прикріплюють яскраві прапорці. Обов'язковою умовою для вимірювання швидкостей течії поверхневими поплавками є затишна погода. При вітрі швидкістю 6 м/с незалежно від його напряму застосовувати поверхневих поплавків недоцільно.

Глибинні поплавки використовують для вимірювання швидкості і напряму течії на певній глибині. Глибинний поплавок складається із двох зв'язаних тонким шнуром поплавків: верхнього (поверхневого) і нижнього (глибинного), зануреного у воду на певну глибину. Верхній поплавок виготовляється із корка, дошки, пінопласту, а нижній – з провареної в олії дерев'яної кульки або кульки зі скла. За розміром верхній поплавок роблять набагато меншим від нижнього. Тому швидкість руху системи таких поплавків приблизно дорівнює швидкості течії на глибині занурення поплавка. Поверхневий поплавок є у такому випадку показником ходу глибинного поплавка. Глибинні поплавки використовують переважно для вимірювання малих швидкостей течії (до 0,15 м/с), які недостатньо точно можуть бути виміряні гідрометричним млинком.

Швидкість течії у ріках неоднакова на різних проміжках потоку і змінюється, як по ширині, так і по вертикалі водного перерізу. Сучасні прилади (осцилограф) дають змогу виміряти і записати пульсаційні зміни швидкості течії в часі, тому розрізняють миттєву швидкість і середню швидкість, яку часто називають місцевою швидкістю у точці потоку.

Миттєва швидкість(М) – швидкість у певній точці потоку в дану мить. Вона змінюється в часі за величиною і напрямом.

Зазвичай у гідрометрії частіше визначають середню швидкість.

Розподіл швидкостей течії води в ріці залежить від типу ріки, морфологічних особливостей, нахилу водної поверхні, нерівності русла. У водному перерізі русла по вертикалі найменші швидкості спостерігаються біля дна (вплив нерівностей русла), а до поверхні спочатку спостерігається зростання швидкості, а потім упо­вільнення. Максимальна швидкість у ріках спостерігається поблизу поверхні, або на віддалі 0.2 Н (Н - глибина вертикалі) від поверхні. Якщо на вертикалі відкласти величини швидкостей і з'єднати їх плавною лінією, то одержана лінія буде профілем швидкостей по вертикалі. Такі криві зміни швидкостей по вертикалі називають годографамиабо епюрами швидкостей (рис. 3.2.)

Рис. 3.2. Розподіл швидкостей у водному перерізі (доступно при скачуванні повної версії)

Якщо виміряти площу епюри швидкостей і поділити її на глибину вертикалі, то одержимо величину середньої швидкості на вертикалі. Встановлено, що здебільшого середня швидкість на вертикалі водного перерізу спостерігається на глибині від поверхні – 0,2Н. Епюри швидкостей змінюються по довжині ріки, передусім при переході від плеса до перекату. Наявність льодового покриву та льодових утворень впливає на розподіл максимальної швидкості по вертикалі. Наприклад, за наявності льодового покриву та шуги під ним максимальна швидкість зміщується до 0,6Н – 0,7Н вертикалі і глибше.

На розподіл швидкостей у водному перерізі по ширині потоку вказують лінії, які з'єднують точки з однаковими швидкостями у водному перерізі, – ізотахи. Здебільшого ізотахи мають вид плавних кривих, які не замикаються в межах водного перерізу. При наявності льодового покриву частина ізотах утворює замкнуті криві.

Завдання 1.У водному перерізі (з попереднього завдання) провести ізотахи – лінії однакових швидкостей, користуючись даним и таблиць (табл. № 2.1).

На профілі водного перерізу нанести икидкісні вертикалі,на яких у відповідних точках вимірів виписують значення швидкості: поверхня води (0, 10 м), 0.2Н, 0.6Н, 0.8Н, дно (0.10м від дна).

Точки однакових швидкостей з'єднують плавними кривими шляхом інтерполяції між швидкостями в точках вертикалі. Ізотахи проводять через 0.1 м/с. Якщо максимальна швидкість – 1 м/с, то ізотах буде 10.

Завдання 2.Побудувати епюри швидкостей за даними вимірю­вання на швидкісних вертикалях.

Будують епюри швидкостей таким чином: по вертикалі відкла­дають загальну глибину вертикалі і зазначають точки вимірювання швидкостей. Від цих точок вправо відкладають горизонтальні лінії, що дорівнюють показникам швидкостей у зазначених точках. Кінці ліній з'єднують плавною лінією і одержують епюри швидкостей на вертикалях.

Завдання 3.Визначити середню швидкість по швидкісних вер­тикалях.

Середня швидкість визначається за такими емпіричними фор­мулами:

Формула (доступно при скачуванні повної версії)

З метою визначення середньої швидкості між врізом берега і крайньою вертикаллю необхідно помножити швидкість крайньої вертикалі на коефіцієнт: 0,7 – при пологому березі; 0,8 – ігри обривистому, 0,5 – при наявності мертвого простору.

Завдання4. Обчислиш витрати води (часткові, повні).

Витрата води - це кількість води, що протікає через попереч­ний переріз за одиницю часу (м куб/с).

Найпоширенішим і найпростішим способом визначення втрати води є гідрометричний спосіб, який ґрунтується на обчисленнях площі поперечного перерізу ріки і швидкості течії в різних частинах цього перерізу.

Часткові або елементарні витрати води (g) між швидкісними вертикалями обчислюють шляхом множення середніх швидкостей між вертикалями на площу поперечного перерізу між ними:

Формула (доступно при скачуванні повної версії)

Повну витрату (Q) обчислюють шляхом сумування часткових або елементарних витрат. Дані обчислень записують у таблицю.

Контрольні запитання

1. Для чого визначають швидкість течії?

2. Які методи вимірювання швидкості течії Ви знаєте?

3. Яка будова і принцип роботи гідрометричного млинка?

4. Принцип визначення швидкості води гідрометричними поплавками.

5. Що таке миттєва швидкість?

6. Що таке середня швидкість?

7. Як змінюється швидкість у водному перерізі?

8. Що таке швидкісні вертикалі?

9. Що таке егаори швидкостей?

10. Що таке ізотахи?

11. Як побудувати епюри?

12. Як проводять ізотахи у водному перерізі?

13. Що таке витрата води, для чого її обчислюють?

14. Як обчислити часткову і повну витрати води?

Переглядів: 1219