Rozkład prędkości: natura i jego pomiar

Przeczytaj ten artykuł, aby poznać charakter rozkładu prędkości i jego pomiar przez pływaki.

Natura rozkładu prędkości:

W kanałach przepływ jest przeważnie turbulentny, a zatem trudno jest zmierzyć średnią prędkość w danym punkcie. Ale trzy do czterech obserwacji w tym samym punkcie daje dość średni wynik. Dla dowolnego typu przepływu, laminarnego lub turbulentnego, rozkład prędkości na przekroju poprzecznym kanału ma pewne ogólne cechy. Stąd, aby osiągnąć średnią prędkość przepływu, bardzo ważne jest zrozumienie natury diagramu rozkładu prędkości. Rozkład prędkości na przekroju prostokątnego kanału pokazano na rys. 15.1, (a), (b) i (c).

Dają:

ja. Isovels w sekcji.

ii. Profil prędkości w przekrojach pionowych.

iii. Profil prędkości w przekrojach poziomych.

Z Rys. 15.1 charakter rozkładu prędkości jest bardzo wyraźny. Metoda nanoszenia wykresu rozkładu prędkości polega na pomiarze prędkości w centrach małych kwadratów tworzonych przez wyimaginowane linie pionowe i poziome. Następnie punkty o równych prędkościach można łączyć z gładką krzywizną w celu uzyskania różnych izovelów. Zatem izovel jest krzywą otrzymaną przez połączenie punktów o równych prędkościach. Wewnętrzne izovel są dla wyższych prędkości.

Okazało się, że maksymalna prędkość wynosi 0, 15. D do 0, 20 D poniżej powierzchni wody na środkowej linii kanału. Średnia prędkość na przekroju pionowym występuje przy 0, 6 D poniżej powierzchni wody. Udowodniono również, że stosunek prędkości maksymalnej do prędkości średniej wynosi zwykle 1, 2. Rysunek 15.2 pokazuje pionowy rozkład prędkości na dowolnej sekcji.

Pomiar prędkości przez pływaki:

Ta metoda jest bardzo prosta i daje dość dokładne wyniki. Ta metoda polega na zanotowaniu czasu, w którym pływaki pokonują zmierzoną odległość.

Następnie:

Odległość przebyta przez pływak wm / Czas podany w ust. = Prędkość wm / sek.

Pływaki można podzielić na następujące kategorie:

ja. Powierzchniowe pływaki

ii. Powierzchowne pływaki lub Podwójne pływaki

iii. Podwójne pływaki

iv. Pręty prędkościowe lub pływakowe

ja. Surface Floats:

Są wykonane z lekkiego materiału, na przykład z korka. Aby ułatwić ich odróżnienie, są one malowane na wierzchu. Lekkie pływaki są ważone, aby mogły unosić się tuż nad powierzchnią wody. Pływaki powinny mieć wystarczająco małe rozmiary, aby mogły być przenoszone dalej przez prędkość żarnika powierzchniowego. Zasadniczo średnica pływaka waha się od 8 do 16 cm. Oczywiście, pływaki nie powinny być zbyt lekkie, ponieważ wtedy wiatr może wpływać na ruch pływaków. Pomiar prędkości odbywa się jak wspomniano poniżej (patrz rys. 15.3).

Dwie liny stalowe lub kable są rozciągnięte w poprzek kanału pod kątem prostym do przepływu. Liny są oznaczone, aby podzielić szerokość kanału na różne ścieżki lub ścieżki dla elementów pływających. Dwie liny są oddzielone znaną odległością. Odległość między linami nazywa się zasięgiem lub biegiem.

Odległość ta powinna być wystarczająco długa. W przypadku rzek i dużych kanałów irygacyjnych powinno być więcej niż 50 metrów. Zazwyczaj wystarczająca jest długość 75 metrów. W przypadku wykładanych kanałów irygacyjnych i małych nieliniowych kanałów minimalna długość przebiegu powinna wynosić 15 metrów.

Trzecia oznakowana lina jest rozciągnięta na kanale przed zasięgiem o około 15 do 20 metrów. Pływaki są uwalniane w tym momencie. Do czasu, gdy pływaki znajdą się w biegu, uzyskają równomierną prędkość. Pływaki, które podążają swoimi śladami, są brane pod uwagę.

Pływaki mogą być obserwowane przez teodolitów, aby dokładnie zanotować czas potrzebny pływakom na przekroczenie biegu. Ponieważ prędkość pływaków zależy od wiatru, należy wybrać spokojny dzień do wykonywania obserwacji. Według tej metody uzyskano prędkość powierzchniową, która nie jest średnią prędkością przepływu. Dlatego wartość tę należy pomnożyć przez odpowiednią stałą, aby uzyskać średnią prędkość przepływu.

ii. Pływaki podpowierzchniowe lub Double Float:

Składa się z lżejszego pływaka powierzchniowego przymocowanego za pomocą sznurka do wydrążonej metalowej kuli lub cylindra, który jest kolejnym podpowierzchniowym pływakiem (ryc. 15.4).

Pływak podpowierzchniowy jest nieco cięższy od wody. Głębokość, na jaką ma być ograniczana podpowierzchnia, może zostać zwiększona lub zmniejszona poprzez dostosowanie długości linki. Powierzchniowe pływaki tego typu mogą być wykonane o znacznie mniejszym rozmiarze, aby zmniejszyć opory ruchu na powierzchni.

Kiedy pływak podpowierzchniowy jest dokładnie ustawiony (około 0, 2 D powyżej dna), prędkość uzyskana przez pomiar czasu pływaka powierzchniowego jest prawie równa średniej prędkości. Ta metoda jest lepsza od powierzchniowej. Jednak wadą tej metody jest to, że nie można określić dokładnej pozycji podpowierzchniowego pływaka.

iii. Twin Float:

Składa się z dwóch wydrążonych metalowych kul o jednakowej wielkości przymocowanych za pomocą sznurka. Jeden z nich jest tak ważony, że pozostaje pionowo poniżej tego, który unosi się na powierzchni. Prędkość uzyskana w tej metodzie jest średnią prędkości na powierzchni i na głębokości pływaka. Jeśli dolny pływak zostanie wyregulowany w taki sposób, że po prostu usuwa dno, wówczas uzyskana prędkość będzie w przybliżeniu średnią prędkością dla tego pionowego przekroju.

iv. Velocity Rod or Rod Float:

Pręt prędkości lub pręt pływakowy składa się z wydrążonej metalowej rury lub drewnianego pręta. Średnica pręta pływaka wynosi około 3 do 5 cm. Pręt jest ważony na dole, aby pręt unosił się pionowo, a jego wierzchołek tuż nad powierzchnią wody. Pręt powinien mieć wystarczającą długość, aby pokryć całą głębokość.

Aby dopasować się do różnych głębokości, pręt jest wykonany w regulowanych długościach, które są wykonane teleskopowo. W przypadku dużych rzek pręty pływakowe mogą być wykonane z drewnianych bali o wadze około 30 cm. Dno utrzymuje je w pionie. Ponieważ chwasty zakłócają użycie prętów, część kanału wybrana jako bieg powinna być wolna od chwastów. Rysunek 15.5 pokazuje pływakowe wędki.

Prędkość, z jaką pręt porusza się w kanale, jest prawie równa średniej prędkości na jego głębokości. Jeśli długość pływaka jest równa wysokości przepływu, dolny koniec pływaka może przeciągnąć się nad łóżkiem. Wtedy prędkość przepływu będzie dokładna. Aby tego uniknąć, dolny koniec pręta jest zwykle utrzymywany nieco powyżej dna kanału, powiedzmy przez D ₁ metry. Następnie średnią prędkość odcinka można obliczyć z

Gdzie V jest obserwowaną prędkością pływaka prętów.

D to głębokość przepływu w kanale.

D ₁ oznacza prześwit pomiędzy dolnym końcem pręta a korytem kanału.

Pływak pływakowy jest odpowiedni dla dużych kanałów i jest lepszy niż jakikolwiek inny rodzaj pływaka. Można tu wspomnieć, że procedura pomiaru prędkości przez pływaki we wszystkich przypadkach jest podobna do opisanej w metodzie pływaka powierzchniowego.