試驗(yàn)項(xiàng)目一水工模型試驗(yàn)量測儀器的參觀與操作認(rèn)識實(shí)習(xí)

1、福州大學(xué)土木工程學(xué)院本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書水工模型試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書福州大學(xué)土木工程學(xué)院水工模型實(shí)驗(yàn)室編2007年7月28日目 錄前 言1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一：水工模型試驗(yàn)量測儀器的參觀與操作認(rèn)識實(shí)習(xí)4實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二：水工建筑物模型泄水建筑物消能型式實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三：水工建筑物模型泄水建筑物過流能力實(shí)驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四：定床河流模型實(shí)驗(yàn)13實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五：動床河流模型實(shí)驗(yàn)16實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目六：輸移物質(zhì)和熱量傳輸模型實(shí)驗(yàn)20前 言一、水工模型試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課的改革水工模型試驗(yàn)是工科院校土建水利類學(xué)科的一門專業(yè)實(shí)踐課程。水流運(yùn)動是一種非常復(fù)雜的自然現(xiàn)象，對各種作用力存在的情況和它們發(fā)展的規(guī)律可通過水工模型實(shí)驗(yàn)來復(fù)演或預(yù)演

2、原型的復(fù)雜水流現(xiàn)象，通過方案比較和修改可獲得水工建筑物的優(yōu)化布置和體型，從而為水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理提供科學(xué)的理論和技術(shù)的指導(dǎo)。目前在許多領(lǐng)域里采用水工模型以解決工程問題已成為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。水工水力學(xué)問題的研究是建立在實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算三大支柱上的，是實(shí)踐性和理論性都較強(qiáng)的學(xué)科，它涉及到大量的概念、定義、模型、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)等。雖然實(shí)驗(yàn)教學(xué)對本課程非常重要，但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在許多與當(dāng)代教學(xué)不相適應(yīng)之處，如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容局限于古典而缺乏新意；儀器陳舊，大多沿用50年代的的老設(shè)備，且往往學(xué)生多，儀器臺數(shù)少，動手率低；教學(xué)注入式為主，缺乏現(xiàn)代輔助手段，學(xué)生自主性不足，等等。因此，我們乘“211”的強(qiáng)

3、勁東風(fēng)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的改造，包括新型實(shí)驗(yàn)儀器和CAI實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，這些儀器具有技術(shù)先進(jìn)，測量精度高，流動現(xiàn)象可視化性強(qiáng)，。引進(jìn)的CAI實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件教學(xué)輔助功能齊全。每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)CAI均包括儀器仿真，動態(tài)操作界面、實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)采集、成果分析、操作指南和問題解答?？晒W(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的過程操作、數(shù)據(jù)采集和成果分析，還設(shè)有實(shí)驗(yàn)提示、錯誤糾正等功能，以輔導(dǎo)學(xué)生按正確途徑深入有序地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所附的實(shí)驗(yàn)原理和問題解答除用文本形式外，均以多媒體動畫和錄相的形式給出，形象生動、簡單易懂，可供學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與答疑，幫助學(xué)生成功地完成實(shí)驗(yàn)。二、水工模型試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課的目的水工模型試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的在于讓學(xué)生認(rèn)

4、真觀察水利樞紐中的各種水流現(xiàn)象，觀察并思考水流與約束水流運(yùn)動的邊界（包括各種水工建筑物）之間的相互作用，歸納出水利工程中常遇到的問題，如：水力荷載、水流流動形態(tài)、水能利用和水能消耗及其他特殊的水力學(xué)問題，如：空蝕、摻氣、挾沙及污染的擴(kuò)散問題。這些問題如何解決正是水工模型試驗(yàn)所研究的主要內(nèi)容。以水工建筑物整體模型試驗(yàn)作為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，在水力學(xué)實(shí)驗(yàn)大廳和露天模型場進(jìn)行。根據(jù)某水利樞紐的試驗(yàn)任務(wù)，讓學(xué)生結(jié)合本校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際條件（如實(shí)驗(yàn)場地、循環(huán)水設(shè)備等），通過實(shí)地勘測、調(diào)查，擬定實(shí)驗(yàn)方案，包括：相似準(zhǔn)則、模型范圍、模型比尺的選定，模型設(shè)計(jì)和制作（要求畫出模型的平面和高程布置圖，做出23個(gè)有代表性的模型

5、斷面板等），實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的選定，擬定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟（包括記錄表格的設(shè)計(jì)）等。然后，在現(xiàn)有的模型（如水口水電站模型、棉花灘水電站模型等）上放水試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容：水位流量控制，水位流速量測，流態(tài)觀測和描述等。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的意義在于：在完成實(shí)驗(yàn)課的過程中，學(xué)生可以憑借自己已有的知識和技能（如測量學(xué)、建筑材料學(xué)、水力學(xué)、實(shí)驗(yàn)誤差理論等），展開豐富的想像，通過創(chuàng)造性思維，提高自己的綜合應(yīng)用能力。歸納而言，水工模型試驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)的目的主要是為了培養(yǎng)學(xué)生以下三方面的基本技能和基本知識：知識方面：通過實(shí)驗(yàn)操作和測量，培養(yǎng)水利專業(yè)的本科生了解有關(guān)水工模型試驗(yàn)的基本原理和主要方法，要求學(xué)生掌握進(jìn)行水工模型試驗(yàn)所需的

6、多方面基本知識，初步具備從事試驗(yàn)量測工作的基本操作技能，為今后從事水工結(jié)構(gòu)的科研設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。能力方面：本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)在于使學(xué)生掌握模型試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技巧，使學(xué)生能夠綜合考慮工程對試驗(yàn)的要求，基本原理、定動床河道模型、操作技術(shù)、量測技術(shù)等方面的因素，對一般工程項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)方案的籌劃，以便得出正確的試驗(yàn)成果，具備應(yīng)用量綱分析、流動相似的基本原理進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究的初步能力，掌握儀器和實(shí)驗(yàn)設(shè)施的操作技能；具備通過自學(xué)獲取新知識的能力。素質(zhì)方面：通過課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，了解水工模型試驗(yàn)在水利工程建設(shè)中的重要地位以及模型試驗(yàn)的發(fā)展進(jìn)程和現(xiàn)狀。初步具備從事試驗(yàn)量測工作的基本技能。三、水工模型試驗(yàn)

7、教學(xué)實(shí)驗(yàn)守則1 實(shí)驗(yàn)前必需詳細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，參閱有關(guān)教材，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆⑹煜?shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，有關(guān)原理和實(shí)驗(yàn)步驟（指導(dǎo)書中未列出步驟的，學(xué)生必須自己擬定實(shí)驗(yàn)步驟并設(shè)計(jì)好記錄表格）、注意事項(xiàng)等，做到實(shí)驗(yàn)前心中有數(shù)。2 認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)守操作規(guī)程，進(jìn)行合理分工，協(xié)調(diào)操作，細(xì)心觀察水流現(xiàn)象，認(rèn)真分析思考，及時(shí)記錄原始數(shù)據(jù)，有關(guān)的計(jì)算和繪畫工作應(yīng)與實(shí)測工作同時(shí)進(jìn)行，以便及時(shí)檢查實(shí)測是否有誤，一旦有誤，及時(shí)更正，不得任意任意更改。課后認(rèn)真獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3 實(shí)驗(yàn)課聽從教師指導(dǎo)，保持安靜，不得動用與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)的設(shè)備，注意實(shí)驗(yàn)安全，保持場地衛(wèi)生，實(shí)驗(yàn)完畢后應(yīng)整理好儀器設(shè)備，經(jīng)教師同意方能離開。四、實(shí)

8、驗(yàn)報(bào)告的要求1報(bào)告內(nèi)容： 甲、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅阂?、?shí)驗(yàn)原理簡述：丙、水流現(xiàn)象描述和原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：丁、實(shí)驗(yàn)成果整理和曲線圖表繪制及結(jié)論與問題討論。2每人獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，一律用福州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文報(bào)告紙，要求文字通順，字跡清楚，用工具繪圖。3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告經(jīng)教師批閱后，應(yīng)認(rèn)真閱讀和改正，不合格者需重做實(shí)驗(yàn)或重做實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1凡裝有測壓管的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先排盡管中的空氣。2用重量法或體積法測流量時(shí)段應(yīng)盡可能長些，以便獲得較高精度。3凡水力要素波動不定時(shí)，不能讀其瞬間值，應(yīng)讀其平均值。4 在玻璃水槽中做實(shí)驗(yàn)時(shí)，如需調(diào)節(jié)下游水深，應(yīng)緩慢操作，水位測針車亦應(yīng)沿軌道緩慢移動。5 測量恒定流時(shí)的各種

9、數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)待水力要素（如量水堰堰上水頭、堰前水位、下游水位等）穩(wěn)定后方可量測。6 測定表面波動較大的水流的水位時(shí)，用有量水筒的測針量測，要待水筒的水位與水槽內(nèi)水位齊平時(shí)再測，并注意測針尖與水面接觸。六、水工模型試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室概況本實(shí)驗(yàn)室與水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室共用所有資源和設(shè)備，主要由700m2實(shí)驗(yàn)大廳、100m2實(shí)驗(yàn)教室和以泵房為中心的循環(huán)水系統(tǒng)，以及辦公觀測用房與附屬實(shí)驗(yàn)場等組成。實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)裝有一條寬度B=80cm的玻璃水槽供科研用，備有兩條B=40cm的玻璃教學(xué)實(shí)驗(yàn)用，提供一定的場地面積可供水力模型試驗(yàn)使用，并配置有各種電測儀器與設(shè)備。實(shí)驗(yàn)教室內(nèi)裝設(shè)有各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)用的實(shí)驗(yàn)測定和演示儀器。泵房內(nèi)裝有四臺

10、水泵，總供水流量為365升/秒。地下水庫容量為150m3，平水塔高度8米，其容量為50m3。另設(shè)置多條供水管道和回水地溝，組成循環(huán)水系統(tǒng)，能對多個(gè)地點(diǎn)穩(wěn)定地提供不同的流量需求，使用可靠方便。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一：水工模型試驗(yàn)量測儀器的參觀與操作認(rèn)識實(shí)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊? 水工建筑物其水力學(xué)問題常因邊界型式特殊，邊界條件復(fù)雜需通過模型試驗(yàn)解決。通過水工模型試驗(yàn)參觀和操作認(rèn)識，使學(xué)生初步了解模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)方法，以及如何通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化解決工程實(shí)際問題。2 了解相似性力學(xué)基本原理；3 掌握流速、流量、壓強(qiáng)等動水力學(xué)要素的實(shí)驗(yàn)量測技能。4 介紹水工模型試驗(yàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法與儀器，介紹試驗(yàn)要測的數(shù)據(jù)

11、，量測儀器的基本組成，量測儀器的主要技術(shù)指標(biāo)，對測量儀器的基本要求。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點(diǎn)流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點(diǎn)動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；7. ADV測速儀；8. PIV測量系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備介紹現(xiàn)代水工模型實(shí)驗(yàn)室除供水系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)量水堰、玻璃水槽、減壓箱、循環(huán)水洞等基本固定設(shè)備外，適用的量測儀器尤屬重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。量測儀器可分為常規(guī)儀器和電子儀器兩大類。前者常用的有測針、測壓管、畢托管和文丘里水量計(jì)等，用以測量模型水位、壓力、流速和流量等水力要素；后者則根據(jù)具體觀測對象，設(shè)計(jì)制成各

12、種專用儀器，進(jìn)行自動和遙控測讀。實(shí)踐證明，這兩類儀器可互補(bǔ)長短，都很重要。應(yīng)該指出，自六十年代以來，隨著激光和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)關(guān)流速儀等新型測試儀器及以計(jì)算機(jī)為中心的數(shù)據(jù)采集、處理和控制系統(tǒng)，已逐步應(yīng)用于水工模型試驗(yàn)，極大地豐富了試驗(yàn)研究的內(nèi)容。過去認(rèn)為無法研究的問題，現(xiàn)在成為可能。因此，水工模型試驗(yàn)的重要性，由于量測儀器的進(jìn)步和新技術(shù)的應(yīng)用，更為人們所重視。模型制作的基本材料和工具；旋漿流速儀測單點(diǎn)流速；ADV測量流速；20點(diǎn)動態(tài)應(yīng)變儀、壓力傳感器測量壓力；水位跟蹤儀的使用等 水位測控儀 旋漿流速儀 進(jìn)水口模型 大壩整體模型四、水工模型試驗(yàn)研究的范圍介紹水工模型試驗(yàn)所解決的生產(chǎn)問

13、題包括樞紐的合理布置，水工建筑物的流量系數(shù)，水流作用于建筑物上的壓力及脈動荷載，上下游水流的銜接，消能工的作用，建筑物下游局部沖刷，包括岸坡保護(hù)在內(nèi)的防沖措施等。河道模型研究的內(nèi)容主要是治河工程對防洪、通航的影響，河道沖淤變化規(guī)律，以及研究防波堤消浪、放浪作用。專題研究包括水利樞紐合理布置，施工導(dǎo)流截流，水工建筑物消能沖刷，泄洪洞水力學(xué)、紊流邊界層，空化與空蝕，水流脈動與振動，明渠不穩(wěn)定流，地下水滲流及環(huán)境流體力學(xué)等方面。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二：水工建筑物模型泄水建筑物消能型式實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊? 運(yùn)用模型試驗(yàn)基本原理，掌握按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)整體和局部模型時(shí)模型比尺的選擇方法；2 掌握泄水建筑物模型制作

14、與設(shè)計(jì)方法和過程；3 測量泄水建筑物的水流流態(tài)、流速、水深、水面線等水力參數(shù)，掌握測量這些水力參數(shù)的方法和操作技術(shù)；4 根據(jù)設(shè)計(jì)的泄水建筑物體型，計(jì)算該泄水建筑物的消能率，并分析設(shè)計(jì)方案的可行性和合理性；5 應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果給出設(shè)計(jì)推薦方案和設(shè)計(jì)方案的修改建議。6 本實(shí)驗(yàn)理論難度大，且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及內(nèi)容多，比較復(fù)雜。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點(diǎn)流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點(diǎn)動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；7. ADV測速儀；8. PIV測量系統(tǒng)三、模型制作與安裝泄水建筑物模型制作與安裝是指在選定模型比

15、尺和范圍后，根據(jù)已定的幾何比尺，把模型在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建立起來的過程。這是水工模型試驗(yàn)的重要組成部分。就一個(gè)模型來說，如果模型材料選擇恰當(dāng)、制造安裝比較合理，則對于節(jié)省試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、縮短試驗(yàn)周期、提高成果質(zhì)量等方面都會有顯著的作用。因此，對模型制造和安裝工作應(yīng)給予很大的重視，要求做到仔細(xì)籌劃，精心施工，并及時(shí)檢查制模質(zhì)量和進(jìn)度。這就需要豐富的本門業(yè)務(wù)知識和熟練的模型制作和安裝技術(shù)。選擇模型材料主要應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)要求、材料性能、采購性能、采購方便、價(jià)格經(jīng)濟(jì)及加工難易等條件綜合考慮。常用材料有木材、磚、水泥、沙礫、有機(jī)玻璃、石蠟、金屬材料等?，F(xiàn)以泄水建筑物水工模型試驗(yàn)常用的有機(jī)玻璃為例，說明如下。有機(jī)玻璃的化學(xué)

16、名稱為聚甲基丙稀酸甲脂，是一種各方面性能都比較優(yōu)良的熱塑性塑料。由于它的透明度高，耐老化性能好，在水工模型中得到了廣泛的應(yīng)用。有機(jī)玻璃制模的最大優(yōu)點(diǎn)是能直接觀察水流流態(tài)，特別是泄洪洞、溢流壩等水道模型用有機(jī)玻璃制作，更能顯示出它的優(yōu)越性。同時(shí)有機(jī)玻璃不存在吸濕變形問題，模型輕巧，安裝拆卸方便，因而在斷面和整體溢流壩模型制作時(shí)常選用。有機(jī)玻璃模型具有能鋸、刨等特點(diǎn)，因此基本屬于沒工范疇。模型拼接根據(jù)需要在修改部位或分段安裝部位用螺絲或螺栓連接，其他構(gòu)件組裝可以用有機(jī)溶劑粘接，在接縫處注入氯仿，數(shù)分鐘后就能產(chǎn)生強(qiáng)度。四、試驗(yàn)操作的基本要求試驗(yàn)操作是水工模型試驗(yàn)中測取原始數(shù)據(jù)的基本手段，為搞好試驗(yàn)操

17、作，應(yīng)做到一下幾點(diǎn)：1）保證試驗(yàn)資料的準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠，避免量測上的錯誤，在允許的誤差范圍內(nèi)，盡可能達(dá)到精度要求；2）針對試驗(yàn)任務(wù)的要求，選擇合適的量測儀器與設(shè)備，力求使用方便、量讀迅速、精度和諧；3）合理安排試驗(yàn)組次。在觀測部位精心部署施測斷面、測線與測點(diǎn)，防止缺測、漏測。盡量做到在每一種規(guī)定的試驗(yàn)條件下，能一次測取全部所需要資料；4）認(rèn)真做好試驗(yàn)記錄，隨測隨記，不允許任意涂改，試驗(yàn)組次和量測數(shù)據(jù)較多時(shí)，應(yīng)按統(tǒng)一記錄格式記錄，防止漏記和遺失，保證原始記錄資料的系統(tǒng)性、完整性。要注意加強(qiáng)對流態(tài)的觀測，有詳盡的素描和記述；5）在試驗(yàn)過程中的水溫和其它重要環(huán)境資料應(yīng)有記錄；6）應(yīng)在原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)測取

18、結(jié)束后，隨即進(jìn)行資料的整理與分析工作，以利及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題減少差錯。而且可為下一步試驗(yàn)工作提供修改方向，又可與理論計(jì)算相對照，進(jìn)行比較論證。五、試驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備工作試驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備工作，主要有以下幾個(gè)方面：1）建筑物的復(fù)核：按照模型的控制坐標(biāo)系統(tǒng)詳細(xì)校核建筑物的軸線、樁號、主要控制安裝高程、過流控制斷面的幾何尺寸等是否符合精度要求。整體模型中建筑物的安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.5mm，局部模型安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.10.2mm以內(nèi)。2）供、排水系統(tǒng)的檢查：供水流量應(yīng)滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設(shè)備應(yīng)靈活、可靠、密實(shí)不漏水，水流進(jìn)入模型前池時(shí)應(yīng)有完善的消浪、擴(kuò)散和靜水裝置，

19、以保持建筑物進(jìn)口來流的條件與天然的來流條件相似。3）量測儀器的選用與檢查：對實(shí)驗(yàn)室測量儀器或設(shè)備，首先應(yīng)了解和熟悉它們的性能、使用要求和精度范圍，方能施測資料時(shí)準(zhǔn)確量測各項(xiàng)數(shù)據(jù)，否則會因操作錯誤而損壞儀器。4）記錄用具的準(zhǔn)備：為做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和資料整理、保存，應(yīng)配備專用試驗(yàn)記錄本或標(biāo)準(zhǔn)格式的專用記錄紙。六、試驗(yàn)操作程序1. 編制試驗(yàn)計(jì)劃： 對試驗(yàn)任務(wù)的性質(zhì)和需要研究的問題做出粗略的分析，編寫試驗(yàn)大綱，確定試驗(yàn)步驟、組次、測試內(nèi)容、測試手段、工作計(jì)劃或進(jìn)度安排等。2. 泄洪建筑物消能率的計(jì)算原理對于底流消能工，對水躍的躍前和躍后斷面應(yīng)用能量方程即可導(dǎo)出水躍段水頭損失的計(jì)算公式：則水躍的消能效

20、率可表示為因此，只要測量出躍前斷面和躍后斷面處的水深和流速，就可計(jì)算出底流消能工的消能率。面流消能工和挑流消能工的消能率問題，可以參考水力學(xué)中的相關(guān)知識推導(dǎo)出相應(yīng)的消能率問題。3. 試驗(yàn)量測數(shù)據(jù)的記錄：記錄表格根據(jù)不同試驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4. 試驗(yàn)結(jié)果的整理和分析。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三：水工建筑物模型泄水建筑物過流能力實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?. 運(yùn)用模型試驗(yàn)基本原理，掌握按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)整體和局部模型時(shí)模型比尺的選擇方法；2. 掌握泄水建筑物模型制作與設(shè)計(jì)方法和過程；3. 測量泄水建筑物的水流流態(tài)、流速、溢流壩面壓力等水力參數(shù)，掌握測量這些水力參數(shù)的方法和操作技術(shù)；4. 根據(jù)設(shè)計(jì)的泄水建筑物體型，計(jì)算該泄

21、水建筑物的過流能力；5. 應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果給出設(shè)計(jì)推薦方案和設(shè)計(jì)方案的修改建議。6. 本實(shí)驗(yàn)理論難度大，且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及內(nèi)容多，比較復(fù)雜。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點(diǎn)流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點(diǎn)動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；7. ADV測速儀；三、試驗(yàn)操作的基本要求試驗(yàn)操作是水工模型試驗(yàn)中測取原始數(shù)據(jù)的基本手段，為搞好試驗(yàn)操作，應(yīng)做到一下幾點(diǎn)：1）保證試驗(yàn)資料的準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠，避免量測上的錯誤，在允許的誤差范圍內(nèi)，盡可能達(dá)到精度要求；2）針對試驗(yàn)任務(wù)的要求，選擇合適的量測儀器與設(shè)備，力求使用方便

22、、量讀迅速、精度和諧；3）合理安排試驗(yàn)組次。在觀測部位精心部署施測斷面、測線與測點(diǎn)，防止缺測、漏測。盡量做到在每一種規(guī)定的試驗(yàn)條件下，能一次測取全部所需要資料；4）認(rèn)真做好試驗(yàn)記錄，隨測隨記，不允許任意涂改，試驗(yàn)組次和量測數(shù)據(jù)較多時(shí)，應(yīng)按統(tǒng)一記錄格式記錄，防止漏記和遺失，保證原始記錄資料的系統(tǒng)性、完整性。要注意加強(qiáng)對流態(tài)的觀測，有詳盡的素描和記述；5）在試驗(yàn)過程中的水溫和其它重要環(huán)境資料應(yīng)有記錄；6）應(yīng)在原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)測取結(jié)束后，隨即進(jìn)行資料的整理與分析工作，以利及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題減少差錯。而且可為下一步試驗(yàn)工作提供修改方向，又可與理論計(jì)算相對照，進(jìn)行比較論證。五、試驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備工作試驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備

23、工作，主要有以下幾個(gè)方面：1）建筑物的復(fù)核：按照模型的控制坐標(biāo)系統(tǒng)詳細(xì)校核建筑物的軸線、樁號、主要控制安裝高程、過流控制斷面的幾何尺寸等是否符合精度要求。整體模型中建筑物的安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.5mm，局部模型安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.10.2mm以內(nèi)。2）供、排水系統(tǒng)的檢查：供水流量應(yīng)滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設(shè)備應(yīng)靈活、可靠、密實(shí)不漏水，水流進(jìn)入模型前池時(shí)應(yīng)有完善的消浪、擴(kuò)散和靜水裝置，以保持建筑物進(jìn)口來流的條件與天然的來流條件相似。3）量測儀器的選用與檢查：對實(shí)驗(yàn)室測量儀器或設(shè)備，首先應(yīng)了解和熟悉它們的性能、使用要求和精度范圍，方能施測資料時(shí)準(zhǔn)確量測各項(xiàng)數(shù)據(jù)

24、，否則會因操作錯誤而損壞儀器。4）記錄用具的準(zhǔn)備：為做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和資料整理、保存，應(yīng)配備專用試驗(yàn)記錄本或標(biāo)準(zhǔn)格式的專用記錄紙。六、試驗(yàn)操作程序1. 編制試驗(yàn)計(jì)劃： 對試驗(yàn)任務(wù)的性質(zhì)和需要研究的問題做出粗略的分析，編寫試驗(yàn)大綱，確定試驗(yàn)步驟、組次、測試內(nèi)容、測試手段、工作計(jì)劃或進(jìn)度安排等。2. 泄洪建筑物過流能力的計(jì)算原理實(shí)用堰的計(jì)算公式為：實(shí)驗(yàn)研究表明，曲線型實(shí)用堰的流量系數(shù)主要決定于上游堰高與設(shè)計(jì)水頭之比、堰頂全水頭與設(shè)計(jì)水頭之比以及堰上游面的坡度。因此，只要測量出上游堰高、作用水頭和堰頂全水頭，就可計(jì)算出給定實(shí)用堰的流量系數(shù)，并畫出流量與堰頂水頭的關(guān)系曲線。3. 試驗(yàn)量測數(shù)據(jù)的記錄：

25、記錄表格根據(jù)不同試驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4. 試驗(yàn)結(jié)果的整理和分析。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四：定床河流模型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?. 運(yùn)用定床模型試驗(yàn)基本原理，掌握按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)正態(tài)模型和變態(tài)時(shí)模型比尺的選擇方法；2. 制作與設(shè)計(jì)定床河流模型斷面；3. 測量水流流態(tài)、流速、水面線等水力參數(shù)；4. 掌握模型方案設(shè)定的方法；5. 學(xué)會應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果給出設(shè)計(jì)推薦方案和設(shè)計(jì)方案的修改建議。6. 本實(shí)驗(yàn)理論難度大，且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及內(nèi)容多，比較復(fù)雜。；二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點(diǎn)流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點(diǎn)動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)

26、據(jù)采集系統(tǒng)；7. ADV測速儀；三、試驗(yàn)操作的基本要求試驗(yàn)操作是水工模型試驗(yàn)中測取原始數(shù)據(jù)的基本手段，為搞好試驗(yàn)操作，應(yīng)做到一下幾點(diǎn)：1）保證試驗(yàn)資料的準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠，避免量測上的錯誤，在允許的誤差范圍內(nèi)，盡可能達(dá)到精度要求；2）針對試驗(yàn)任務(wù)的要求，選擇合適的量測儀器與設(shè)備，力求使用方便、量讀迅速、精度和諧；3）合理安排試驗(yàn)組次。在觀測部位精心部署施測斷面、測線與測點(diǎn)，防止缺測、漏測。盡量做到在每一種規(guī)定的試驗(yàn)條件下，能一次測取全部所需要資料；4）認(rèn)真做好試驗(yàn)記錄，隨測隨記，不允許任意涂改，試驗(yàn)組次和量測數(shù)據(jù)較多時(shí)，應(yīng)按統(tǒng)一記錄格式記錄，防止漏記和遺失，保證原始記錄資料的系統(tǒng)性、完整性。要注

27、意加強(qiáng)對流態(tài)的觀測，有詳盡的素描和記述；5）在試驗(yàn)過程中的水溫和其它重要環(huán)境資料應(yīng)有記錄；6）應(yīng)在原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)測取結(jié)束后，隨即進(jìn)行資料的整理與分析工作，以利及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題減少差錯。而且可為下一步試驗(yàn)工作提供修改方向，又可與理論計(jì)算相對照，進(jìn)行比較論證。五、試驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備工作試驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備工作，主要有以下幾個(gè)方面：1）建筑物的復(fù)核：按照模型的控制坐標(biāo)系統(tǒng)詳細(xì)校核建筑物的軸線、樁號、主要控制安裝高程、過流控制斷面的幾何尺寸等是否符合精度要求。整體模型中建筑物的安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.5mm，局部模型安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.10.2mm以內(nèi)。2）供、排水系統(tǒng)的檢查：供水流量

28、應(yīng)滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設(shè)備應(yīng)靈活、可靠、密實(shí)不漏水，水流進(jìn)入模型前池時(shí)應(yīng)有完善的消浪、擴(kuò)散和靜水裝置，以保持建筑物進(jìn)口來流的條件與天然的來流條件相似。3）量測儀器的選用與檢查：對實(shí)驗(yàn)室測量儀器或設(shè)備，首先應(yīng)了解和熟悉它們的性能、使用要求和精度范圍，方能施測資料時(shí)準(zhǔn)確量測各項(xiàng)數(shù)據(jù)，否則會因操作錯誤而損壞儀器。4）記錄用具的準(zhǔn)備：為做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和資料整理、保存，應(yīng)配備專用試驗(yàn)記錄本或標(biāo)準(zhǔn)格式的專用記錄紙。六、試驗(yàn)操作程序1. 編制試驗(yàn)計(jì)劃： 對試驗(yàn)任務(wù)的性質(zhì)和需要研究的問題做出粗略的分析，編寫試驗(yàn)大綱，確定試驗(yàn)步驟、組次、測試內(nèi)容、測試手段、工作計(jì)劃或進(jìn)度安排等。2. 定床模型斷

29、面的制作：在水工定床河道模型的制作中，河道地形縮制占很大的工作量，目前最常用的地形制作方法時(shí)斷面板法，大致步驟如下：1） 在工程地形圖上定出模型邊界及地形制作范圍；2） 在需做地形的范圍內(nèi)布置地形斷面線并編號，斷面線應(yīng)考慮盡量與等高線垂直，為便于安裝，習(xí)慣于等間距，垂直（或平行）于邊墻或中心線布置。間距大小視地形復(fù)雜程度而定，定位可借助于計(jì)算或繪圖得出各斷面控制點(diǎn)與某原點(diǎn)的距離和夾角。3） 在地形圖上，用比例尺讀出并列表記錄每個(gè)地形斷面等高線距控制導(dǎo)線的水平距離及相應(yīng)高程。等高線高程間距同樣應(yīng)視地形復(fù)雜程度而定，一般為原型5m左右。4） 繪制地形斷面板。通常用三夾板或白鐵皮。繪制好的斷面板經(jīng)校

30、核后鋸剪加工成地形模板，模板高度以安裝方便，不產(chǎn)生扭曲變形且能盡量節(jié)省材料為宜。5） 斷面板安裝。已加工好的斷面板按編號依次置于模型相應(yīng)斷面位置上。安裝時(shí)將模板上的導(dǎo)線標(biāo)記對準(zhǔn)模型中相應(yīng)導(dǎo)線位置，用水平儀定準(zhǔn)高程后加以固定。6） 模型地形粉制。模板間填料可用粗沙、米沙，分層排鋪、夯實(shí)，用純水泥漿將地形表面粉光。3. 預(yù)備試驗(yàn)、校正試驗(yàn)與驗(yàn)證試驗(yàn)當(dāng)模型制造完畢后，量測儀器及試驗(yàn)設(shè)備均安裝就緒，開始正式試驗(yàn)之前，對河道定床模型試驗(yàn)來說還需要預(yù)備試驗(yàn)、校正試驗(yàn)或驗(yàn)證試驗(yàn)，其目的是對模型的相似條件做進(jìn)一步的驗(yàn)證，包括與正式試驗(yàn)有關(guān)的一些率定工作、模型與原型之間的水力相似校正、河道糙率、水邊線或水深的率

31、定等等。4. 試驗(yàn)量測數(shù)據(jù)的記錄：記錄表格根據(jù)不同試驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對于河道定床模型試驗(yàn)而言，主要是記錄不同工況下（不同頻率的流量、不同工程布置等），河道不同斷面上的水深、水面高程、斷面流速、流態(tài)或流向等。5. 試驗(yàn)結(jié)果的整理和分析。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五：動床河流模型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?. 運(yùn)用動床模型試驗(yàn)基本原理，掌握按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)正態(tài)模型比尺的選擇方法；2. 動床河道模型河床模型沙的選擇和確定；3. 測量水流流態(tài)、流速、水面線等水力參數(shù)；4. 動床模型試驗(yàn)成果地形的測量和繪制；5. 掌握模型方案設(shè)定的方法；6. 學(xué)會應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果給出設(shè)計(jì)推薦方案和設(shè)計(jì)方案

32、的修改建議。7. 本實(shí)驗(yàn)理論難度大，且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及內(nèi)容多，比較復(fù)雜。；二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點(diǎn)流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點(diǎn)動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；7. ADV測速儀；三、試驗(yàn)操作的基本要求試驗(yàn)操作是水工模型試驗(yàn)中測取原始數(shù)據(jù)的基本手段，為搞好試驗(yàn)操作，應(yīng)做到一下幾點(diǎn)：1）保證試驗(yàn)資料的準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠，避免量測上的錯誤，在允許的誤差范圍內(nèi)，盡可能達(dá)到精度要求；2）針對試驗(yàn)任務(wù)的要求，選擇合適的量測儀器與設(shè)備，力求使用方便、量讀迅速、精度和諧；3）合理安排試驗(yàn)組次。在觀測部位精心部署施測斷面、測線與測點(diǎn)，防止缺測、漏測。盡

33、量做到在每一種規(guī)定的試驗(yàn)條件下，能一次測取全部所需要資料；4）認(rèn)真做好試驗(yàn)記錄，隨測隨記，不允許任意涂改，試驗(yàn)組次和量測數(shù)據(jù)較多時(shí)，應(yīng)按統(tǒng)一記錄格式記錄，防止漏記和遺失，保證原始記錄資料的系統(tǒng)性、完整性。要注意加強(qiáng)對流態(tài)的觀測，有詳盡的素描和記述；5）在試驗(yàn)過程中的水溫和其它重要環(huán)境資料應(yīng)有記錄；6）應(yīng)在原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)測取結(jié)束后，隨即進(jìn)行資料的整理與分析工作，以利及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題減少差錯。而且可為下一步試驗(yàn)工作提供修改方向，又可與理論計(jì)算相對照，進(jìn)行比較論證。五、試驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備工作試驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備工作，主要有以下幾個(gè)方面：1）建筑物的復(fù)核：按照模型的控制坐標(biāo)系統(tǒng)詳細(xì)校核建筑物的軸線、樁號、主要控制

34、安裝高程、過流控制斷面的幾何尺寸等是否符合精度要求。整體模型中建筑物的安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.5mm，局部模型安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.10.2mm以內(nèi)。2）供、排水系統(tǒng)的檢查：供水流量應(yīng)滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設(shè)備應(yīng)靈活、可靠、密實(shí)不漏水，水流進(jìn)入模型前池時(shí)應(yīng)有完善的消浪、擴(kuò)散和靜水裝置，以保持建筑物進(jìn)口來流的條件與天然的來流條件相似。3）量測儀器的選用與檢查：對實(shí)驗(yàn)室測量儀器或設(shè)備，首先應(yīng)了解和熟悉它們的性能、使用要求和精度范圍，方能施測資料時(shí)準(zhǔn)確量測各項(xiàng)數(shù)據(jù)，否則會因操作錯誤而損壞儀器。4）記錄用具的準(zhǔn)備：為做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和資料整理、保存，應(yīng)配備專用試驗(yàn)

35、記錄本或標(biāo)準(zhǔn)格式的專用記錄紙。六、試驗(yàn)操作程序1. 編制試驗(yàn)計(jì)劃： 對試驗(yàn)任務(wù)的性質(zhì)和需要研究的問題做出粗略的分析，編寫試驗(yàn)大綱，確定試驗(yàn)步驟、組次、測試內(nèi)容、測試手段、工作計(jì)劃或進(jìn)度安排等。2. 動床河道模型河床沙的選擇和確定：模型需進(jìn)行動床模型試驗(yàn)的位置在定床地形制作時(shí)就需事先預(yù)留位置，將動床坑粉刷好，以便填進(jìn)動床模型砂，一旦定床試驗(yàn)完成，敲掉表面地形經(jīng)整理即可進(jìn)行動床模型試驗(yàn)。在動床模型試驗(yàn)前，需要根據(jù)具體工程地質(zhì)條件，按照動床模型與原型雷諾數(shù)相等、修正顆粒弗汝德數(shù)相等以及糙率函數(shù)導(dǎo)出相應(yīng)的比尺關(guān)系，并認(rèn)為水流過程遵循弗汝德模型律，確定出相應(yīng)的模型砂的級配和粒徑。3. 預(yù)備試驗(yàn)、校正試驗(yàn)

36、與驗(yàn)證試驗(yàn)當(dāng)模型制造完畢后，量測儀器及試驗(yàn)設(shè)備均安裝就緒，開始正式試驗(yàn)之前，對河道動床模型試驗(yàn)來說還需要預(yù)備試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)，其目的是對模型的相似條件做進(jìn)一步的驗(yàn)證。對模型所選用的模型砂或沖刷料進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)河道的沖淤變化規(guī)律及水面線是否與原型相似，否則須另選模型砂或變換流量，調(diào)整時(shí)間比尺以求得河道沖淤變化的一致。5. 具體的試驗(yàn)步驟：1） 從模型下游充水管放少量的水入模型，浸潤模型砂，使其達(dá)到自然密實(shí)狀態(tài)；2） 利用刮砂板按要求高程刮平砂面，如有地形要求，可用地形斷面樣板控制高程，進(jìn)行刮制；3） 從模型下游充水管緩緩充水，不得擾動砂面，直到下游水面達(dá)到或稍超過下游要求的水位；4） 同時(shí)從模型上

37、游供水管放入要求的流量，并迅速調(diào)整穩(wěn)定到達(dá)相應(yīng)要求的上游水位，并記錄開始放水的時(shí)間；5） 模型沖刷試驗(yàn)時(shí)間可按設(shè)計(jì)要求或水文資料確定。用時(shí)間比尺換算，若流量過程不易確定，則可由最大沖刷深度與時(shí)間關(guān)系曲線來決定沖刷平衡時(shí)間，不同流量有不同的沖刷平衡時(shí)間。為了便于比較各種布置方案的沖刷情況，應(yīng)采取統(tǒng)一的時(shí)間長短作為標(biāo)準(zhǔn)；6） 達(dá)到要求的沖刷試驗(yàn)時(shí)間后，在關(guān)閉上游來水的同時(shí)，須控制好下游水位做到徐徐排水，保證沖刷后的地形不受擾動和發(fā)生變形；7） 在整個(gè)沖刷過程中，除流量與上、下游水位等須保持穩(wěn)定外，還要注意始流與終流的過水條件，這對沖刷地形有很大的影響。如操作不當(dāng)，往往同一種流量的泄流條件可得出不同的沖刷試驗(yàn)成果，影響試驗(yàn)成果的分析；8） 沖刷地形的測量，可用專門設(shè)計(jì)的河床斷面測量儀，直接測出地形繪入圖中，亦可在沖刷試驗(yàn)結(jié)束的同時(shí)，抬高下游水位，然后徐徐按高程逐級降低水位，利用水面與沙丘交界的邊線選用及放置與砂質(zhì)不同顏色的線繩，勾畫除河床沖刷后的等高線，然后利用活動測車在平面上測繪出河床地形，或者用控制坐標(biāo)網(wǎng)格框架直接照相記錄。6. 試驗(yàn)結(jié)果的整理和分析：通過各組沖刷資料的比較分析后，即可確定消能工