实验指导书2014完整版.doc

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水工建筑物

教学模型试验指导书

雷川华

武汉大学水利水电学院

2014年4月

水工建筑物教学模型试验

一．试验目的

运用水工水力学模型试验方法，不仅可以论证设计中水工建筑物的安全性和合理性，而且还可以预见原型可能发生的现象，同时，对设计时所依据的理论和技术前提进行论证，从而获得科学理论上的进步。

通过水工水力学模型试验，达到如下目的：

1、巩固所学泄水建筑物泄流方面的有关理论知识并加深理解，强化学生在课堂上学习的基础理论和专业知识；

2、学习水工水力学模型试验方法、操作技能、试验资料的整理与分析，锻炼和提高编写试验报告能力；

3、培养学生运用所学知识综合分析和独立解决工程问题的能力；培养科学试验、实事求是、精益求精的工作作风。

二．试验原理

水工模型试验遵循重力相似准则，即按佛汝德模型定律（重力相似定律）进行设计。原型与模型主要作用力为重力，略去次要影响力。

1、几何相似

根据试验场地、供水能力，结合试验任务和要求选定模型长度比尺。

式中，为原型长度，模型长度。

2、运动相似

一般取；时间比尺：；流速比尺：流量比尺：

3、动力相似

力的比尺：

是表示水流特性的参数（佛汝徳数）

糙率比尺：

三．试验模型、测试仪器设备

1、试验模型资料

本枢纽工程拦河坝为混凝土重力坝，最大坝高51.0m。河床溢洪道体型为带胸墙大孔口溢流坝，共五孔，单孔净宽6.0m，孔高11.0m，闸墩厚2.0m，边墩厚1.5m，溢流堰顶高程40.0m。挑流鼻坎高程18.73m，挑角θ=30°，反弧半径13.0m。溢流坝剖面见图1，平面布置见图2，水文特征洪水频率与相应流量见表1。

表1设计洪水频率及过坝流量

洪水频率（%）

坝前水位（m）

设计泄流量（m3/s）

0.1

49.00

1100

0.2

46.00

1000

0.5

44.00

940

1

43.00

850

2

42.00

380

2、测试仪器设备

电磁流量计，流速仪，卷尺，钢尺，水准仪等。

图1溢流坝剖面图

图2溢流坝平面图

四．试验内容

（1）观察并描述泄水建筑物进口前缘、溢流面及下游流态；

（2）测量泄水建筑物泄流能力并计算流量系数；

（3）测量溢流面流速分布；

（4）测量溢流面水面线；

（5）测量水舌外缘最大挑距及挑高（以下游水面为基准面）；

（7）综合分析评价设计溢流面的合理性；

（8）综合分析评价泄水建筑物布置的合理性（本次不作要求）。

五．试验步骤

1、准备工作

（1）试验课前必须预习试验指导书，了解试验目的和要求，并参阅水力学及水工建筑物教材有关内容；

（2）自备记录、计算或绘图用具（泄流能力曲线可用CAD作）。

2、试验步骤

（1）观察水流流态

观察在不同水位及相应下泄流量时，枢纽上游、溢流坝前、进口、溢流面及下游的水流流态。

（2）泄流能力试验

①保持泄水建筑物闸门全开；

②从闭到开（即水流从小到大）逐步开启蝶阀到某个位置并稳定合适时间，记录电磁流量计（模拟水库来流量）显示读数即为下泄流量Qm（表1）；

③上游水位稳定后，记录上游水位测针读数（表1）；

④计算原型流量及上游水位，溢流面通过从小到大（或从大到小）的泄流，量测并计算泄流量及上游水位，现场绘制水位流量关系曲线（亦可采用CAD作图），以便及时发现和解决问题，然后计算各水头下的流量系数，并将试验曲线与理论曲线进行比较，供设计单位参考。

（3）流速及水深测量

选定试验工况为设计水位及相应下泄流量和下游水位。

试验时，按设计断面图1和平面布置图2进行。

①水面线测量

采用钢尺，沿测点所在溢流面法向按图3指定断面1-1~6-6，量测坝面及挑流鼻坎上的水深。

②流速测量

按图3指定断面1-1~6-6，量测坝面及挑流鼻坎上的流速Vi，水深超过5cm则要测量底部、中间及表面流速，每个流速测点进行三次，水深低于5cm只测底部和表面流速，水深很小时只测一种流速即可，注意测量时仪器上的K、C值应按流速率定记录设定。

图3溢流坝流速及水面线测量断面图

③压力测量

按图4压力布置测点，记录该试验工况下测压牌上各测压管数据。

图4溢流坝压力测点布置图

④量测水舌外缘最大挑距及挑高，并与计算挑距理论公式（参阅水力学中的公式）进行比较。

⑤量测河道流速分布（本次不作要求）

量测河道指定各断面（一般指测点所在溢流面法线方向）的水流流速，并绘出流速平面分布图，手持旋浆应尽量保持正对迎水面、放好后稳定才能记录数据。

六．数据处理及成果分析

1、泄流能力及流量系数测量与计算成果

根据试验场地、供水能力并结合试验任务和要求选定模型长度比尺1：100，

按表1计算泄流能力及流量系数。

（1）库水位Zu（m）

（2）堰流流量系数m

其中：H——堰顶水头（m）H=Z-Z0；

B——溢流孔净宽（m）；

Q—