آزمایش سرریز

(Flow over a Notch)

هدف آزمایش

آزمایش سریز از آزمایش های هیدرولیک میباشد. هدف از این آزمایش بررسی دبی از سرریزهایی با طرحهای هندسی متفاوت و محاسبه رابطه ای تجربی بین دبی و ارتفاع آب از لبه سرریز میباشد. همچنین با کالیبره (مدرج) نمودن سرریز میتوان ضریب تخلیه چند نوع سرریز را تعیین نموده و تغییرات آن را با نوع سرریز، دبی و ارتفاع آب بررسی نمود.

 

تئوری آزمایش

سرریزها که معمولاً به صورت اشکال هندسی منظم از قبیل مستطیلی، مثلثی و… ساخته میشوند در مسیر رودخانه ها و کانالهای روباز برای اندازهگیری دبی حجمی قرار داده میشوند. با نوشتن رابطهی برنولی بین نقطهای دور از لبه سرریز (که بتوان سرعت آب را در آن نقطه ناچیز فرض کرد) و نقطهای روی لبه سرریز میتوان سرعت آب را بر حسب ارتفاع h حساب نمود. سپس با داشتن این مقدار سرعت و سطح المانی از مقطع جریان، میتوان دبی حجمی المان و در نتیجه تمام سطح مقطع جریان را تعیین کرد.

شکل انواع سرریزها

بعد از محاسبات و انتگرالگیری، دبی تئوری جریان از روی سرریز مستطیلی و مثلثی به ترتیب از رابطه زیر محاسبه میشود.

فرمول دبی تئوری از سرریز مستطیلی

میدانیم که در عمل به علت انقباض سطح مقطع آب خروجی از سرریز و عوامل دیگر مقدار دبی تجربی کمتر از مقدار تئوری است، بنابراین در عمل رابطه دبی حجمی واقعی و ارتفاع سرریز مستطیلی و مثلثی به صورت زیر است.

فرمول دبی حجمی

که در آن C ضریب تخلیه سرریز نامیده میشود.

به طور کلی در وسایل اندازهگیری دبی حجمی توسط سرریزهای معین، رابطه تغییرات دبی بر حسب ارتفاع به صورت رابطه زیر میباشد.

که در آن K و n در محدوده عمل تقریباً مقدار ثابتی دارند. به کمک رسم نمودار Log(Qe)بر حسب Log(H) میتوان مقادیر K و n تجربی را برای هر سرریز به دست آورد.

شرح دستگاه و روش آزمایش

قسمتهای اصلی دستگاه تشکیل شده است از منبع پایینی جهت ذخیره آب، منبع بالایی جهت تامین آب عبوری با فشارثابت و کانالی روباز که در مسیر آن انواع سرریزها نصب میشوند. آب توسط پمپی از منبع ذخیره به منبع بالایی منتقل شده و در داخل آن در ارتفاع ثابتی قرار میگیرد. آب اضافی پمپ شده توسط یک لوله برگشت به منبع ذخیره برمیگردد. آب از قسمت پایین منبع فوقانی خارج شده و بعد از عبور از ونتوریمتر که در این آزمایش خود بهعنوان وسیله اندازهگیری دبی واقعی مورد استفاده قرار میگیرد به داخل کانال ریخته میشود. در انتهای کانال، سرریز مورد آزمایش نصب شده است که آب بعد از عبور از روی سرریز مجدداً به منبع ذخیره برمیگردد.

اپ آزمایشگاه مهندس

ابتدا سطح آب در کانال را تا لبه سرریز تنظیم نموده و با تنظیم شاخص با سطح آب در آبنمای مقابل کانال بهعنوان ارتفاع مرجع میتوان ارتفاع آب از لبه سرریز در کانال را با تقریب دهم میلیمتر هنگام آزمایش خواند. آبنما از قسمت زیرین به کف کانال متصل بوده و طبق قانون ظروف مرتبط سطح آب در آن منطبق با سطح آب در کانال است.

شکل دستگاه آزمایش سرریز

برای شروع بهتر است مراحل زیر را به ترتیب انجام داد.

گام های انجام آزمایش

۱. پمپ را روشن کنید.

۲. شیر خروجی پمپ را که در زیر منبع بالایی نصب شده است به طور کامل باز کنید. بعد از مدتی منبع بالایی پر خواهد شد. ارتفاع سطح آب در این منبع توسط آبنمای جانبی این منبع مشخص است.

۳. جهت تنظیم سطح صفر کانال شیر ونتوری را کمی باز میکنیم تا آب به لبه پایینی سرریز برسد و سپس میبندیم. در این حال نوک سوزن شاخص در آبنمای ارتفاع سنج میبایست با سطح آب در استوانه شیشهای منطبق شده و صفر ورنیه تنظیم گردد.

۴. شیر ونتوری را مجدداً باز میکنیم تا اختلاف ارتفاعی حدود ۳۰ الی ۳۵ سانتیمتر بین مانومترهای ورودی و گلوگاه ونتوری ایجاد گردد و سپس ارتفاع مانومترها و ارتفاع آب در کانال از لبه سرریز را اندازه گرفته و یادداشت میکنیم.

 ۵. شیر ونتوریمتر را کمی میبندیم تا اختلاف مانومترهای آن حدوداً ۳ الی ۴ سانتیمتر کم گردد و مجدداً ارتفاع مانومترها و ارتفاع سطح آب در کانال را اندازهگیری نموده و یادداشت مینماییم. این عمل را برای ۸ الی ۱۰ نقطه انجام میدهیم. برای قرائت ارتفاع آب توسط شاخص بهقدری صبر کنید تا ارتفاع آن ثابت گردد.

۶. در پایان بهترتیب شیر ونتوری و شیر خروجی پمپ را میبندیم. سپس پمپ را خاموش نموده و با وسایل لازم نوع سرریز را عوض کرده و آزمایش فوق را برای سرریز جدید انجام میدهیم.

محاسبات و نتایج

۱. برای سرریز مثلثی و مستطیلی مورد آزمایش جداول زیر را کامل کنید.

جدول مقادیر دبی برای سرریز مستطیلی جدول مقادیر دبی برای سرریز مثلثی

لازم به ذکر است برای بهدست آوردن دبی تجربی  Qeبا تعیین اختلاف ارتفاع مانومترها، از منحنی کالیبراسیون ونتوری در زیر استفاده مینماییم.

.۲ مقادیر دبی تجربی Qe را بر حسب ارتفاع آب از لبه سرریز H  برای سرریز مثلثی و مستطیلی جداگانه ترسیم نمایید.

.۳ مقادیر Log(Qe) را بر حسب Log(H) برای هر سرریز جداگانه رسم نموده و به کمک آن مقادیر n و k تجربی را به دست آورید  جدول زیر را کامل کنید.

جدول مقایسه دبی تئوری و تجربی