实验项目一：水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习.DOC

福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心 学生实验指导书 水工模型试验 实验指导书 福州大学土木工程学院水工模型实验室编 2007年7月28日 目 录 前 言 1 实验项目一：水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习 6 实验项目三：水工建筑物模型——泄水建筑物过流能力实验 10 实验项目四：定床河流模型实验 13 实验项目五：动床河流模型实验 16 实验项目六：输移物质和热量传输模型实验 20 前 言 一、水工模型试验实验课的改革 水工模型试验是工科院校土建水利类学科的一门专业实践课程。水流运动是一种非常复杂的自然现象，对各种作用力存在的情况和它们发展的规律可通过水工模型实验来复演或预演原型的复杂水流现象，通过方案比较和修改可获得水工建筑物的优化布置和体型，从而为水利工程规划、设计、运行、管理提供科学的理论和技术的指导。目前在许多领域里采用水工模型以解决工程问题已成为公认的标准方法。 水工水力学问题的研究是建立在实验、理论和计算三大支柱上的，是实践性和理论性都较强的学科，它涉及到大量的概念、定义、模型、计算和实验等。虽然实验教学对本课程非常重要，但传统的实验教学存在许多与当代教学不相适应之处，如实验内容局限于古典而缺乏新意；仪器陈旧，大多沿用50年代的的老设备，且往往学生多，仪器台数少，动手率低；教学注入式为主，缺乏现代辅助手段，学生自主性不足，等等。因此，我们乘“211”的强劲东风，进行实验室的改造，包括新型实验仪器和CAI实验教学软件，这些仪器具有技术先进，测量精度高，流动现象可视化性强，。引进的CAI实验教学软件教学辅助功能齐全。每项实验CAI均包括仪器仿真，动态操作界面、实验原理、数据采集、成果分析、操作指南和问题解答。可供学生在计算机上进行各项实验的过程操作、数据采集和成果分析，还设有实验提示、错误纠正等功能，以辅导学生按正确途径深入有序地进行实验。所附的实验原理和问题解答除用文本形式外，均以多媒体动画和录相的形式给出，形象生动、简单易懂，可供学生实验预习与答疑，帮助学生成功地完成实验。 二、水工模型试验实验课的目的 水工模型试验实验教学的主要目的在于让学生认真观察水利枢纽中的各种水流现象，观察并思考水流与约束水流运动的边界（包括各种水工建筑物）之间的相互作用，归纳出水利工程中常遇到的问题，如：水力荷载、水流流动形态、水能利用和水能消耗及其他特殊的水力学问题，如：空蚀、掺气、挟沙及污染的扩散问题。这些问题如何解决正是水工模型试验所研究的主要内容。 以水工建筑物整体模型试验作为设计型实验，在水力学实验大厅和露天模型场进行。根据某水利枢纽的试验任务，让学生结合本校实验室的实际条件（如实验场地、循环水设备等），通过实地勘测、调查，拟定实验方案，包括：相似准则、模型范围、模型比尺的选定，模型设计和制作（要求画出模型的平面和高程布置图，做出2~3个有代表性的模型断面板等），实验仪器和设备的选定，拟定实验内容和实验步骤（包括记录表格的设计）等。然后，在现有的模型（如水口水电站模型、棉花滩水电站模型等）上放水试验。试验内容：水位流量控制，水位流速量测，流态观测和描述等。这项实验的意义在于：在完成实验课的过程中，学生可以凭借自己已有的知识和技能（如测量学、建筑材料学、水力学、实验误差理论等），展开丰富的想像，通过创造性思维，提高自己的综合应用能力。 归纳而言，水工模型试验课程实验的目的主要是为了培养学生以下三方面的基本技能和基本知识： 知识方面：通过实验操作和测量，培养水利专业的本科生了解有关水工模型试验的基本原理和主要方法，要求学生掌握进行水工模型试验所需的多方面基本知识，初步具备从事试验量测工作的基本操作技能，为今后从事水工结构的科研设计工作打下基础。 能力方面：本课程的实验教学重点在于使学生掌握模型试验的实验设计技巧，使学生能够综合考虑工程对试验的要求，基本原理、定动床河道模型、操作技术、量测技术等方面的因素，对一般工程项目进行试验方案的筹划，以便得出正确的试验成果，具备应用量纲分析、流动相似的基本原理进行模型实验和科学研究的初步能力，掌握仪器和实验设施的操作技能；具备通过自学获取新知识的能力。 素质方面：通过课程实验教学，了解水工模型试验在水利工程建设中的重要地位以及模型试验的发展进程和现状。初步具备从事试验量测工作的基本技能。 三、水工模型试验教学实验守则 实验前必需详细阅读实验指导书，参阅有关教材，明确实验目的和要求、熟悉实验仪器和设备，有关原理和实验步骤（指导书中未列出步骤的，学生必须自己拟定实验步骤并设计好记录表格）、注意事项等，做到实验前心中有数。 认真进行实验，严守操作规程，进行合理分工，协调操作，细心观察水流现象，认真分析思考，及时记录原始数据，有关的计算和绘画工作应与