آزمايش  آشنایی با سر ریز تیغه ای و تعیین دبی عبوری

هدف

هدف از انجام اين آزمايش  آشنایی با سر ریز تیغه ای و تعیین دبی عبوری از آن می باشد.

تئوری

سرریز های تیغه ای معمولا برای تنظیم جریان در رودخانه هاو کانالهای رو باز استفاده می شود . اگر ارتباط بین دبی وعمق جریان مشخص باشد میتوان در هر لحظه تنها با اندازه گیری عمق ، میزان جریان عبوری را مشخص نمود .سرریز تیغه ای یکی از سازه هایی است که این امکان را در اختیار میگذارد .

سر ریز تیغهای ممکن است به اشکال مختلف ساخته شود .دو نوع مختلف آن شامل سر ریز تیغه ای با مقاطع مربع مستطیل و مثلثی است .برای یافتن مشخصات جریان بر روی سرریز تیغه ای

می توان از رابطه برنولی استفاده کرد.اگر رابطه برنولی بین نقطه  در بالادست ونقطه  در  پایین دست،در روی سرریز نوشته شود ، با صرفنظر از افت انرژی خواهیم داشت :

آزمايش  آشنایی با سر ریز تیغه ای و تعیین دبی عبوری

هدف

هدف از انجام اين آزمايش  آشنایی با سر ریز تیغه ای و تعیین دبی عبوری از آن می باشد.

تئوری

سرریز های تیغه ای معمولا برای تنظیم جریان در رودخانه هاو کانالهای رو باز استفاده می شود . اگر ارتباط بین دبی وعمق جریان مشخص باشد میتوان در هر لحظه تنها با اندازه گیری عمق ، میزان جریان عبوری را مشخص نمود .سرریز تیغه ای یکی از سازه هایی است که این امکان را در اختیار میگذارد .

سر ریز تیغهای ممکن است به اشکال مختلف ساخته شود .دو نوع مختلف آن شامل سر ریز تیغه ای با مقاطع مربع مستطیل و مثلثی است .برای یافتن مشخصات جریان بر روی سرریز تیغه ای

می توان از رابطه برنولی استفاده کرد.اگر رابطه برنولی بین نقطه  در بالادست ونقطه  در  پایین دست،در روی سرریز نوشته شود ، با صرفنظر از افت انرژی خواهیم داشت :

ضریب انرژی معادل سرعت =a

=سرعت متوسط مقطع V

=فشار هیدرواستاتیکP

=تراز کف کانالZ

=شتاب ثقلg

= وزن مخصوص سیالγ

با در نظر گرفتن تغییرات فشار هیدرو استاتیک در مقطع داریم :

 که تراز سطح آب در مخزن است .فشار در پایین سرریز نقطه نیز برابر فشار اتمسفر بوده و از رابطه حذف می شود .سرعت در مخزن بالادست نیز نسبت به سرعت در روی سرریز بسیار کوچک است و قابل صرفنظر کردن میباشد .بنابرین رابطه برنولی با فرض به شکل زیر در میآید:

با توجه به اینکه : است میتوان نوشت:

ودبی عبوی با انتگرالگیری از رابطه فوق در کل سطح جریان عبوری از سرریز به دست یآید :

برای سرریز مربع مستطیل با عرض کف معادل  داریم : .بنابراین :

برای سرریز مثتثی با زاویه باز شدگی معادل داریم : .بنابراین :

اگر مقطع تاج سرریز به شکل دیگری (مانند دایره )باشد میتوان دبی عبوری را با انتگرالگیری مشابه روش فوق الذکر محاسبه نمود.

دبی عبوری از یک سرریز واقعی بعلت تداخل خطوط جریان و وجود افت انرزی از مقادیر داده شده توسط روابط کمتر بوده و میتوان آنرا از روابط زیر بدست آورد.

در حالت کلی دبی عبوری از هر نوع سرریز را میتوان در قالب رابطه ای به صورت :

تعریف کرد.رابطه بصورت :

نیز قابل بیان است .معادله اخیر در روی محور های مختصات لگاریتمی نماییشی دهنده یک خط صاف است .

شرح انجام آزمایش

1_سرریز مورد نظر را در محل خود قرار می دهیم .

2_شیر ورود آب به مخزن بالا دست سرریز را باز کنید تا سطح آب در مخزن دقیقا هم تراز با پایین ترین نقطه سرریز مورد نظر قرار گیرد .

3_خط گش مدرج نصب شده در بالای مخزن را پایین ببرید تا لبه فلزی ان بر سطح آب در مخزن مماس شوود .سپس پیچ قسمت مدرج شده را بچرخانید تا عقربه بر روی صفر قرار گیرد .در این حالت عقربه دقیقا بر پایین ترین نقطه سرریز تنظیم شده است .

4-شیر عبور اب را مقداری بیشتر باز کنید تا آب از روی سرریز عبور کند ودر انحالت به کمک گیجی که در اختیار داریم مقدار دبیرا اندازه می گیریم .

5-ارتفاع آب در مخزن را که برابر با اختلاف ارتفاع بین سطح و لبه پایینی سرریز است را بدست میآوریم.

6- اینک باید تمام مراحل فوق را برای هر سه سرریزی که در اختیار دارید شش بار تکرار می کنیم .

اینک منحنی تغییرات  دبی _اشل (_)اندازه گیری شده هر سرریز را در صفحه لگاریتمی تر سیم می کنیم .

7- با فرض منحنی تغییرات دبی _اشل ایده ال (بدون افت انرزی ) هر سرریز را از روابط محاسبه و انرا ددر کنار در منحنی انازه گیری شده ترسیم می کنیم .

8- در آخر با مقایسه دبی ندازه گیری شده ودبی، مقدار ضریب  را محاسبه و تغییرات  را رسم می کنیم .و بهترین خط را از نقاط مذبور  عبور داده و معادله آنرا بدست میاوریم.

به سوالات زیر پاسخ دهید:

1-سرریز تیغه ای چیست وچه کاربردی دارد؟

سرریز های تیغه ای معمولا برای تنظیم جریان در رودخانه هاو کانالهای رو باز استفاده می شود . اگر ارتباط بین دبی مشخص باشد میتوان در هر لحظه تنها با اندازه گیری عمق ، میزان جریان عبوری را مشخص نمود.

2_ تفاوت سرریز تیغه ای و سرریز لبه پهن چیست ؟

3_ آیا  کوچکتر از واحد است. چرا؟

آری ، این ضریب کوچکتر از یک است .زیرا دبی عبوری از یک سرریز واقعی بعلت تداخل خطوط جریان و وجود افت انرزی از مقادیر داده شده توسط روابط کمتراست و ما از این ضریب  کوچکتر از واحدبرای انطباق رابطه کاربردی با واقعیت استفاده می کنیم.

4_ چرا فشار در نقطه  در رابطه انرزی حذف شده است ؟

فشار در پایین سرریز نقطه  برابر فشار اتمسفر بوده و ازآنجا که ما از فشار نسبی استفاده کرده ایم از رابطه حذف می شود.

5_ چرا به جای متغیر  در رابطه از متغیر  در رابطه  استفاده شده است ؟

6_ خط جریان چیست وچگونه بین خطوط جریان در مساله سرریز تداخل ایجاد می شود ؟

خط جریان یا خطی است که در یک لحظه خاص در تمام نقاط مماس بر بردار سرعت است.در یک سرریز به دلیل کوچک شدن مقطعی که سیال ازآن عبور میکند ،خطوط جریان انحنا پیدا میکنند و به طرف دهانه ورودی سرریز متمرکز میشوند .