Работа 6. Определение коэффициента шероховатости в канале

Цель работы. Экспериментальное определение коэффициента шероховатости стенок канала прямоугольного сечения и сравнение его со справочными значениями.

Общие сведения

Безнапорное равномерное течение характеризуется наличием свободной поверхности и постоянством скорости и глубины по длине потока. Глубина при этом называется нормальной. Такое движение жидкости устанавливается при неизменности поперечного сечения, шероховатости стенок и продольного уклона канала по его длине.

При расчётах равномерного течения воды в различных каналах и трубах широко используется формула Шези:

,                                 (6.1)

где Q – расход воды; ω – площадь живого сечения потока; С – коэффициент Шези; i – продольный уклон; χ – смоченный периметр живого сечения; R = w /c - гидравлический радиус.

Величина С зависит от формы и размеров канала, а также от шероховатости его стенок. Для вычисления коэффициента Шези предложен ряд эмпирических формул.

Наибольшее распространение получила формула Маннинга для метровых размеров:

                                  (6.2)

для сантиметровых размеров:

,                               (6.3)

где 4.64 – коэффициент перевода единиц измерения; n – коэффициент шероховатости.

Если геометрические параметры выражены в сантиметрах, то из 6.1 и 6.3 получаем формулу для определения коэффициента шероховатости n:

                           (6.4)

На рис. 6.1 приведена схема канала, используемая для определения коэффициента шероховатости его стенок.

Рис. 6.1. Схема канала для определения коэффициента шероховатости

Продольный уклон дна канала определяется по формуле

i = Z/L,

где Z – перепад отметок в начале и в конце канала; L – длина канала. Глубину потока h, учитывая малый уклон, можно определять по вертикали, а не по нормали ко дну канала.