Zkouška mix

Vysoké učení technické v Brně,
Fakulta stavební,
Laboratoř vodohospodářského výzkumu Ústavu vodních staveb
Laboratorní cvičení Experimentální úloha laboratorního cvičení 1. Propustek
1.1 Teorie
1.2 Experimentální úloha
1.3 Příloha
1. Propustek 1.1 Teorie
Propustek je objekt, pomocí kterého se převádí voda skrz násep liniové stavby.
Profily propustků:
Kruhový – pro vysoké náspy
Obdélníkový – pro nízké náspy
A další: čtvercový, parabolický, půlkruhový…
Z hydraulického hlediska je nutné u propustků řešit ztráty místní i ztráty třením po délce.
Dle typu proudění v propustku se rozlišují tyto tři případy:
Propustky s volnou hladinou po celé délce
Propustky se zatopeným vtokem a volným výtokem
Propustky se zatopeným vtokem i výtokem
Poř.č.
Typ vtoku
ζ
φ
κ
β
1
0,40 – 0,50
0,85 – 0,82
0,90
1,20 – 1,16
2
0,80 – 0,90
0,75 – 0,73
0,86
1,09 – 1,08
3
0,70 – 0,80
0,77 – 0,75
0,87
1,10 – 1,09
Vtok:
Dle tvaru vtoku vzniká ztráta, která je charakterizována součinitelem ztráty místní ζ, resp. rychlostním součinitelem φ
Za vtokem se v propustku vytvoří zúžený proud s výškou hc ,
κ je součinitel výškového zúžení a β je součinitel zatopení
Pro kruhový propustek tvaru 3 se zatopeným vtokem platí:
Zúžená hloubka za vtokem do propustku hc = κ D = 0,60 D
Zúžená plocha za ostrohranným vtokem do propustku Ac = 0,62 AD
Světlá kapacitní plocha kruhového propustku
Rychlost ve zúženém profilu za vtokem do propustku vc = Q / Ac
Energetická výška vzdutí před vtokem

Podélný sklon dna propustku   Hydraulický poloměr
Energetická výška vzdutí naměřená na modelu (případ neovlivnění dolní vodou a zanedbání rychlostní výšky)
Emodel = kóta hladiny na vtoku - kóta dna propustku na vtokové části
Podélný sklon dna propustku i stanovený měřením na modelu
Kde h0 je stanoveno jako rozdíl kót dna propustku při daném sklonu
1.2 Experimentální úloha
Pohled na stanoviště Postup měření:
Zvolte průtok Q (Q = ( 0,012 – 0,015 ) m3/s) a změřte délku propustku l ( l = 1,37 m) a vnitřní průměr propustku D (tj. D = 0,11 m ).
Z předdefinovaného rozsahu průtoků vyplývá předpoklad zahlceného vtoku, což určuje řešit vtokový profil jako přepad přes širokou korunu.
Vtok je ostrohranný a kruhový, proto počítejte s rychlostním součinitelem  = 0,85, stupněm drsnosti n = 0,01 a součinitelem výškového zúžení κ = 0,60.
Změřte kótu dna propustku na vtokové i výtokové části a kótu hladiny ( sklon propustku nastavte rektifikačním šroubem ).
Podélný sklon propustku io určete ze závislosti io = h / l - kde h je stanoveno jako rozdíl kót dna propustku při daném sklonu.
Vypočtěte energetickou výšku vzdutí E a ověřte s modelem. 1.3 Příloha
Propustek s volným vtokem a volným výtokem
Propustek se zatopeným vtokem a zatopeným výtokem
Propustek se zatopeným vtokem a volným výtokem
Propustek s volným vtokem a volným výtokem Propustek se zatopeným vtokem a zatopeným výtokem Propustek se zatopeným vtokem a volným výtokem Propustek je podle ČSN 73 6200 mostní objekt o kolmé světlosti do 2 m.
V technické praxi se za propustky považují mostní objekty o kolmé světlosti do 10 m. Propustky – reálné objekty Moravany – propustek v místě dálnice Vídeň - Wroclaw Litovelské pomoraví – Zámecká Morava Litovelské pomoraví – Zámecká Morava Křeslický potok – povodí Dyje DUBÍ - Dubská Bystřice
-rekonstrukce bystřiny ř.v km.14,055 – 14,837 Z mostu propustek vložení ocelové konstrukce Multi-Plate MP 150 do stávajícího mostního otvoru a jeho zainjektování betonovou směsí Přestavba mostu na propustek
- Hrabině Přestavba mostu na propustek
- Ostrava – ul. Demlova Z mostu propustek rekonstrukce trubních propustků s vložením ocelové roury Hel-Cor, Multi-Plate oprava propustku
- Mladecko oprava propustku
- Krásná Z mostu propustek rekonstrukce trubních propustků s vložením sklocementových či polyetylenových rour rekonstrukce propustku
pomocí polyetylenové roury rekonstrukce propustku
pomocí sklolaminátové roury Z mostu propustek trubní propustky Rámový propustek
- Frýdlant nad Ostravicí Rámový propustek
- Hořejší Kunčice Z mostu propustek rámové propustky monolitické nebo z prefabrikovaných dílů Trubní propustek
- Pustá Polom Trubní propustek
- Klimkovice Koryto potoka Cibulka lesní jezírko
pod Dianou Propustek
- stav před opravou Obnova vodohospodářských prvků Na Cibulce, k.ú. Košíře, hl. m. Praha před rekonstrukcí 2002 po rekonstrukci 2005 Propustek pod železniční tratí Bohušovice nad Ohří Trasa v Ústí nad Labem optimalizace traťového úseku Hrobce – Lovosice
oprava propustku Trasa do Ústí nad Labem – přestavba na propustek Trasa do Ústí nad Labem – přestavba na propustek
Jana Pařílková Fyzikální vlastnosti kapalin, hydrostatika, tlakové síly na rovinné a zakřivené plochy, plování těles Pozn.: V běžných hydrotechnických výpočtech se uvažuje:
rvody = 1000 kg/m3 a mořské vody r = 1030 kg/m3 při tlaku 105 Pa;
g vody teplé 4°C při normálním atmosférickém tlaku 9 810 N/m3.
Fyzikální vlastnosti kapalin Hustota kapaliny r (měrná hmotnost) je hmotnost kapaliny m [kg] vztažená na jednotku objemu V [m3]. Hustota kapalin se zmenšuje se vzrůstající teplotou.
Vyjímkou je voda při teplotách 0°C až 4°C, kdy se ↑ teplotou ↑r a ↓V. Teprve při dalším zahřívání se r ↓ a V ↑.
Měrná tíha kapaliny  je tíha kapaliny vztažená na jednotku objemu.
Pozn.: pro vodu možno použít empirický vztah Fyzikální vlastnosti kapalin Viskozita (vazkost) kapaliny je vnitřní odpor (tření) kapaliny proti smykové deformaci. Dynamická viskozita m [Pa s] je dána podílem tečného napětí t [Pa] a gradientu rychlosti resp. rychlostního spádu mezi dvěma vrstvami [s-1]. Tekutost (fluidita) j [Pa-1 s-1] je reciproká hodnota dynamické viskozity.Kinematická viskozita n [m2/ s] je dána podílem dynamické viskozity a hustoty. Je závislá na teplotě.
Objem kapaliny po stlačení přírůstkem tlaku Δp
Stlačení vyvolá ↑ρ kapaliny na hodnotu: Fyzikální vlastnosti kapalin Měrný objem kapaliny je objem připadající na jednotku hmotnosti.
Roztažnost kapaliny je schopnost zvětšení objemu za stálého tlaku a zvýšené teploty. Vyjadřuje se součinitelem b [K-1].
V0 [m3] počáteční objem, ΔT [°C] rozdíl teplot.
Stlačitelnost kapaliny je zmenšení objemu za zvýšeného vnějšího tlaku při konstantní teplotě. Vyjadřuje se součinitelem c [Pa-1].
Jeho převrácená hodnota je modul objemové pružnosti K [Pa].
Fyzikální vlastnosti kapalin Povrchové napětí s [N/m] kapaliny představuje povrchový účinek kohezních sil mezi molekulami kapaliny vztažený na jednotku délky uzavřené hranice (styk volná hladina vzduch nebo dělící plocha mezi dvěma nemísícími se kapalinami).
Kapilární výška je hodnota, o kterou hladina v kapalině stoupne (kapilární elevace) resp. klesne (kap. deprese) oproti normální hladině. Pro kruhovou trubici lze kapilární výšku určit ze vztahu:
kde s je povrchové napětí, j úhel smáčení, r hustota kapaliny, D průměr kapiláry. Kapilární elevace Kapilární deprese Fyzikální vlastnosti kapalin Tepelná vodivost lT kapaliny je její schopnost vést teplo. Udává množství tepla, které projde za jednotku času krychlí o jednotkové hraně mezi dvěma protilehlými stěnami, mezi nimiž je teplotní rozdíl 1°K, jsou-li ostatní stěny tepelně izolovány. Pro vodu 20°C teplou je lT = 0,598 W/m/K. t [Pa] je tečné napětí;
m [Pa s] je dynamická viskozita;
du/dy [s-1] je gradient rychlosti při proměnné
vzdálenosti od stěny y. Fyzikální vlastnosti kapalin Ideální kapalina je nestlačitelná r = 1000 kg/m3, objemově stálá při změnách teploty, neviskozní tj. nepůsobí v ní síly vnitřního tření (smyková napětí).
Skutečná kapalina je vazká tj. existuje v ní vnitřní tření a může být stlačitelná.
Newtonovská kapalina je taková, u níž platí přímá úměrnost mezi smykovým napětím a gradientem rychlosti tj. platí jednoduchý Newtonův zákon viskozity. t du/dy Fyzikální vlastnosti kapalin Nenewtonovská kapalina je taková, u níž neplatí Newtonův zákon viskozity. Vztah mezi tečným napětím t
a gradientem rychlosti du/dy při proměnné vzdálenosti od stěny y je složitější a je dán tzv. reologickými modely kapalin. Vypočtěte měrnou hmotnost lihu, použitého jako náplň teploměru pro teplotu t = 18°C, jestliže při teplotě t0 = 0°C je r0 = 806 kg/m3 a součinitel objemové roztažnosti b = 1,1 . 10-3 °C-1. Do nádrže byla nalita kapalina o měrné hmotnosti r1 = 997 kg/m3 a objem V2 = (16,25 + 0,25 P) m3 kapaliny o měrné hmotnosti r2 = 1001,5 kg/m3. Kolik bylo původní kapaliny v nádrži, jestliže měrná hmotnost směsi činila r3 = 999 kg/m3. Jaký byl objem směsi kapalin. Počítejte pro P = 1. Teplotní součinitel objemové roztažnosti b ·104 K-1 vody v závislosti na teplotě a tlaku Počítejte pro tlak 105 Pa, porovnejte přibližný výpočet pro průměrnou hodnotu
b = 4,22·10-4°C-1 s výpočtem změn objemu po intervalech změn teploty DT = 20°C. a) b) Expanzní nádrž ústředního topení má pojmout přebytečný objem vody, který vznikne jejím zahřátím z 10°C na 70°C. Systém je naplněný vodou objemu V0 = 2,0 m3. Vypočtěte nutný objem expanzní nádrže. Rovnoměrný pohyb nastane, když tíha objímky bude stejná
jako třecí síla FT=G. Pro malé rychlosti je možno diferenciály
nahradit diferencemi: Tečné napětí na povrchu trubice: Porovnáním: Plocha, na které nastává tření: Kovová objímka s vnitřním průměrem D1 = 82 mm a výškou h = 200 mm se pohybuje účinkem vlastní tíhy G = 10 N po dlouhé trubici průměru D = 80 mm. Kapalinové tření zajišťuje olej s dynamickou viskozitou m = 0,98 Pa s. Určete rychlost rovnoměrného pohybu. Statický tlak kapaliny p [Pa] je v určitém bodě kapaliny ve všech směrech stejný: p = px = py = pz , jedná se tedy o skalární veličinu.
Síly, které působí na libovolnou rovinnou plochu v kapalině za klidu, musí být na tuto plochu kolmé:
Je-li tlak na celou plochu konstantní, je vyjádřen:
F je normálová síla, A plocha. Hydrostatika se zabývá mechanickými vlastnostmi tekutin, které jsou v relativním klidu. Není pohyb nevzniká tření a nestlačitelná kapalina se chová jako ideální.
hydrostatický tlak kde, h je hloubka vody pod hladinou, g = 9,81 m/s2 je tíhové zrychlení.
Je zřejmé, že závislost na hloubce je lineární a na volné hladině je hydrostatický tlak ph = 0 Pa. V různých jednotkách: 10 m v.s. = 1 atm = 98100 Pa (N/m2) = 0,981 bar Statický tlak kapaliny za působení tíhového zrychlení a vnějšího tlaku Celkový statický tlak v kapalině p je dán součtem hydrostatického tlaku ph a celkového vnějšího tlaku pv – obvykle tlaku atmosférického pa = 101325 Pa. Vypočítejte celkový statický tlak kapaliny na dně sklenice míchaného nápoje s následujícími nepromíchanými kapalinami od volné hladiny: líh o výšce h1 = 0,020 m, r1 = 789 kg/m3, voda o výšce h2 = 0,010 m, r2 = 1000 kg/m3, glycerín o výšce h3 = 0,005 m, r3 = 1260 kg/m3. Atmosférický tlak je pa = 101325 Pa, tíhové zrychlení g = 9,81 m/ s2. Rovňové a hladinové plochy Rovňová (hladinová) plocha:
ve všech bodech této plochy je celkový statický tlak konstantní (ps= konst);
tato plocha je kolmá k vektoru výsledného zrychlení působícího na kapalinu;
nemísící se kapaliny o různých hustotách se stýkají v rovňové ploše.
Na rovňové ploše je shodná potenciální energie, při posunu po takové rovňové ploše je tlakový přírůstek dp roven nule (dp = 0 Pa). Hladinová plocha je rovňová plocha tvořící povrch kapaliny.
Spojité nádoby za velkých tlaků – Pascalův teorém
tlak kapaliny uzavřené v malé nádobě a vystavené
velkému vnějšímu tlaku je stálý v celém rozsahu kapaliny.
Zanedbává se složka tlaku způsobená vlastní tíhou kapaliny.
V případě dvou ploch platí:
(hydraulické lisy) resp. resp. Kde h je účinnost a její hodnota je 0,75 až 0,85. Spojité nádoby, Pascalův teorém Spojité nádoby za malých tlaků – na rovňových plochách je stejný tlak, tj. řeší se sestavením rovnice tlakové rovnováhy ke zvolené rovňové ploše, která prochází rozhraním dvou kapalin. Řešení Výslednice působícího tlaku - tlaková síla kapalin Síla je určena velikostí, směrem a působištěm. Obecně je výslednice hydrostatického tlaku dána:
 
Lze rozlišit hydrostatickou tlakovou sílu
-                      na rovinnou plochu;
§         plocha rovnoběžná s hladinou;
§         plocha je šikmá;
-                      na zakřivenou plochu.
Hydrostatická tlaková síla na vodorovnou rovinnou plochu,
působená pouze tíhou kapaliny, se rovná tíze sloupce
kapaliny, jehož základnou je tlaková plocha a výškou je jeho
hloubka pod hladinou.
Hydrostatické paradoxon Tlaková síla na vodorovné plochy - rovinné plochy rovnoběžné s hladinou Kapalina je v klidu a působí na ni jen síly tíže, potom statický tlak kapaliny ve všech bodech libovolné vodorovné roviny je konstantní. Vypočítejte sílu, kterou