相似原理2017.ppt

环工模型——相似条件（6） 对于热电厂冷却水排放，其热耗散指数应保持同量，即 式中k为表面热交换系数，为比热，h,L分别为温水层的垂向和水平特征尺度，u为温水层的平均流速，为温水层密度。 环工模型——近区模型 水流运动相似： 污水运动相似： 一般αg=1，则上式意味着 ，即原、模型中相对密度差相等，因此模型设计的关键是污水密度的配置。 环工模型——温排放远区模型 表面热交换系数相似 ： 对于正态模型，则有： αL=αh 模型表面热交换系数小于原型热交换系数，因此需要调节室内气温。 当实验室气温无法满足调节要求时，一般可根据原型、模型实测的表面热交换系数Kp和Km，求出αk，再分别确定αh和αL，此时，只能采用变态模型。 日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川，飞流直下三千尺，疑是银河落九天。 水工专门模型——水弹模型 水弹模型是研究和量测水流模型和结构模型在同一模型情况下，水流的脉动荷载引起的结构振动参数。水弹模型必须同时满足水流运动相似条件和结构振动相似条件，即： 水流运动相似 质量相似 结构材料 水 体 由同名物理量应保持同一相似常数，以及原、模型均采用水作为介质 。 意味着原、模型使用的材料密度必须相等。 弹性力相似条件（柯西准则） 意味着模型材料的弹性模量要比原型缩小倍 根据以上要求，模型材料的密度比尺αρs=1和αE=αL，需要同时满足，因此试验的关键是寻找一种特殊的模型材料。 河工模型 河工模型主要用于研究河道或其上修建工程后的形态和河床演变问题。视是否研究河床的冲淤演变分为动床和定床模型。 清水定床：研究水面线； 浑水定床：研究淤积； 清水动床：研究冲刷； 浑水动床：研究冲淤问题。 河工模型——清水定床 模型设计时，先根据场地和水流条件，确定平面几何比尺，然后根据临界雷诺数和糙率相似的要求确定垂直几何比尺，然后再验证变率，是否满足要求。若不能满足，则重新选定平面和垂直几何比尺，最后通过水面线率定，验证加糙是否正确。 河工模型——浑水定（动）床 泥沙模型除满足水流运动相似条件外，尚须满足泥沙运动相似条件，而且河床变化亦即水流的几何边界也在变化，这都使模型相似问题变得十分复杂。 模型的床面糙率 动床对水流阻力的影响与一般定床不同，这时床面的粗糙度既与泥沙颗粒有关，也可能与形成的沙坡有关，而沙坡的形态则与水流流速水流流态均有关。平整河床紊流区粗糙泥沙的阻力可用张有龄公式 ： 对于细沙最好用水槽模型率定，至于沙坡的影响，目前尚无法用公式计算。 模型的床面糙率 动床糙率模拟时应注意以下几个问题： 在模型设计时，使模型糙率偏小，在模型水面线率定时再加以修正，因为加糙比减糙易做。 模型糙率与水深有关，在高低水位不能兼顾时应视研究问题的性质以一种水位为主。如航道整治应以整治水位为准，防洪问题则以洪水位为准，对于其它问题，则只能容许佛氏数有偏差，而保证阻力相似。 对于山区河流，特别是变态模型，河岸坡较陡，动床只模拟河床，岸坡则仍用定床，此时综合糙率可按姜国平给出的公式计算： x为总湿周，x1模型沙所占湿周总长度，x2定床所占湿周总长度。 泥沙起动流速（1） 对于无粘性粗沙开动流速，大量的理论分析和试验，给出近似表达式为： 与n均为试验常数，实验时常采用。 泥沙起动流速（2） 对于细沙的开动流速实际上并无公式能正确计算，对于模型沙，或采用水槽试验确定，或采用窦国仁公式： 粘结力参数，天然沙，无明粘性 粘结力参数，天然沙 ，无粘性沙为零 薄膜水参数 边界的当量沙粒粗糙高度，若小于0.5mm，按0.5mm计 泥沙起动流速（3） 采用沙玉清公式（适合长江中下游地区） 分子水膜厚度 泥沙扬动流速 对于原型沙和模型沙均可假定 ： ） 沙玉清泥沙扬动公式为： 底沙模型 水流运动相似 泥沙运动相似 两个方程，4个未知数，可任意选定两个未知数再求其余的两个未知数。一般先假定几何相似常数αh，αl来求αuk和αd,而αuk又与模型沙的ρ和d有关，因此底沙模型的设计关键是模型沙的选择。 模型底沙选择(1) 对于较粗的原型沙， 若令 模型底沙选择(2) 上式意味着，模型沙可采用同密度天然沙，粒径则按几何比尺缩小。若缩小后的模型沙粒径dm≥0.24mm，则模型沙选定。若dm0.24mm，则重新选定αL，使dm≥0.24mm 。若无法满足，则只有采用变态模型，则 ，也即 ，采用密度小的轻质沙，相应 。 通过假定αL和αh，求出αg’与αd，然后根据原型沙选定模型沙的ρm和dm，若无合适的模型沙，则重新假定αL和αh ，直至能选到模型沙为止。