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,2022/10/19,4,1、什么是水工模型试验?
是一门技术科学,它通过试验来研究和改善水工建筑物的布置、型式和构造。
2、课程的主要内容?
主要讲述水工模型试验的原理、方法和应用,包括:
水力学模型试验结构模型试验原型观测,2022/10/19,5,主要内容:
第一讲绪论;
量纲分析法
(1)第二讲量纲分析法
(2);
模型试验的理论基础
(1)第三讲模型试验的理论基础
(2)第四讲水工模型试验设备第五讲水工模型试验测试技术第六讲模型的制造作与安装第七讲水工模型试验操作技术第八讲水工模型试验实例第九讲试验资料的整理和数据处理第十讲水工建筑物的原型观测与研究第十一讲地下水渗流模型;
数学模型简介第十二讲考试,2022/10/19,6,实验和试验的区别?
现代汉语词典的解释:
实验是为了检验某种科学理论或假设而进行某种操作或从事某种活动。
试验是为了察看某事的结果或某物的性能而从事某种活动。
本质的区别:
实验是为了获取实验值或者验证某个已经被接受的原理。
试验是为了探索的目的,并不知道结果会怎样,进行的尝试。
2022/10/19,7,一、绪论,意义相似现象基本任务发展简史分类试验资料试验仪器设备试验的进行研究范围,水工模型试验,2022/10/19,8,意义:
试验在水工建筑物中的作用,水流现象往往是很复杂的,很多水力学问题单纯依靠理论分析是很难求得解答的,而更多的是要依靠实验研究来解决。
理论分析,数学分析,经验公式,推导理论方程前需要加上各种假设进行简化,并省略方程中的高次项。
系数有一定的使用条件和范围,不能任意推广应用。
水工模型试验是流体力学理论和实际水利工程中间的媒介。
2022/10/19,9,设ll断面流速为均匀分布,即u1=v1;
对0-0及1-1断面列能量方程,整理后得,2022/10/19,10,流速系数值的确定:
根据原型观测射程的资料,代入理论公式反求。
(1),适用于KE=0.0040.15范围内。
当KE0.15时,取=0.95。
(2),(9.28),(9.29),流能比,Z(m):
上下游水位差,坝面流程,P(m):
挑坎顶部以上的坝高,B0(m):
溢流面的水平投影长度,应用范围:
q2/3/s0=0.0250.25,当q2/3/s00.25时,取0.95。
2022/10/19,11,2、相似现象,物理现象相似:
物理体系的形态和某种变化过程的相似。
“相似”的三种情况:
相似,或同类相似(similitude);
拟似,或异类相似(Analogy);
差似,或变态相似(Affnity)。
2022/10/19,12,2、相似现象,物理现象相似:
2022/10/19,13,2、相似现象,在两个几何相似的物理体系中,存在着具有同一物理性质的变化过程,而且在两个体系中的相应点上同名物理量之间,具有固定的比值,这两个物理体系叫做同类相似或简称“相似”。
2022/10/19,14,2、相似现象,在两个几何相似的物理体系中,存在着具有同一物理性质的变化过程,而且在两个体系中的相应点上同名物理量之间,具有固定的比值,这两个物理体系叫做同类相似或简称“相似”。
两种现象必须具有同一物理性质,才能有严格意义的相似。
同名物理量:
表征同一种物理属性,几何相似:
两个体系所占据的空间的对应尺寸之比是一固定数。
2022/10/19,15,2022/10/19,16,两个相似的流体运动:
过水断面面积:
点流速:
1,1,2,2,2022/10/19,17,3、基本任务,水工模型试验:
仿照原体实物,按照相似的准则,缩制成模型,根据其所受的主要作用力,进行试验研究。
水工模型试验的基本任务:
了解原体的实际现象和性质,或检查其水力安全性,就可使模型重演与原体相似的自然情况,进行观测,取得数据;
然后按照一定的相似准则引伸于原体,从而作出判断。
2022/10/19,18,4、发展简史,相似现象学说1686年牛顿发现液体内摩擦定律,并制定液体内摩阻力相似定律;
1848年别尔特兰首先确定相似现象的基本性质,并提出量纲分析的方法;
1870年,佛汝德进行船舶模型试验,提出了著名的Fr数,奠定了重力相似律的基础;
1871年,费弄哈哥特进行了莱因河口模型试验;
1898年恩格思在德国首创河工实验室,从事天然河流的模型试验;
费礼门(JRFreeman)创设美国标准局水工实验室,从事水工建筑物的模型试验。
2022/10/19,19,4、发展简史,学术理论方面紊流和边界层研究:
普朗特(L.Prandtl)、泰勒(G.I.Taylor)和卡门(T.V.Karman)相似理论和实验技术方面:
爱斯纳(F.Eisner)、巴甫洛夫斯基、基尔皮契夫和尼古拉兹等国外规模较大的著名水工试验室:
美国陆军工程兵团水道实验站前苏联全苏水工科学研究所法国夏都国家水力学试验室荷兰台尔夫特水力研究所印度中央水利水电研究站,2022/10/19,20,4、发展简史,国内的水工模型实验室:
1933年在天津成立第一水工试验所1935年在南京筹建中央水工实验所(南京水利科学研究院)1956年在北京成立水利水电科学研究院其余规模较大的水工试验机构有:
西北水利科学研究所黄河水利科学研究所长江水利水电科学研究院,2022/10/19,21,5、分类,整体模型、断面模型和半断面模型正态模型和变态模型定床模型和动床模型,2022/10/19,22,5、分类,整体模型、断面模型和半断面模型正态模型和变态模型定床模型和动床模型,2022/10/19,23,当研究河道中水利枢纽工程的总体布置时,就需要将所研究的河段和水工建筑物,按一定的比例缩制成模型进行实验,就叫做整体模型。
对于二元问题,如确定溢流坝面的压力分布,水流情况和冲刷消能等,一般沿坝轴线截取一段制成模型,安装在玻璃水槽中进行观测,称为断面模型。
还有一些水工建筑物两边对称,水流情况也对称,可以研究一边来代替整体,这时可采用半整体模型。
(空间),(竖直、纵向),2022/10/19,24,5、分类,整体模型、断面模型和半断面模型正态模型和变态模型定床模型和动床模型,正态模型:
将原体的三个尺度按照同一比例缩制。
变态模型:
因受各种条件的限制,采用竖直和水平方向长度缩尺不同的模型。
2022/10/19,25,5、分类,整体模型、断面模型和半断面模型正态模型和变态模型定床模型和动床模型,若在模型中只观测泄流能力或水流流态,可将模型做成固定河床,称为定床模型。
若研究水工建筑物下游局部冲刷或河床演变,需将模型做成活动河床,称为动床模型。
2022/10/19,26,6、试验资料,地形测量资料水工建筑物设计详图水文、地质资料设计任务书,设计和制造模型,进行试验,2022/10/19,27,7、试验仪器设备,固定设备供水系统、标准量水池、玻璃水槽、减压箱、循环水洞,量测仪器常规仪器电子仪器,2022/10/19,28,7、试验仪器设备,固定设备供水系统、标准量水池、玻璃水槽、减压箱、循环水洞,量测仪器常规仪器电子仪器,测针,测压管,毕托管,文丘里水量计,水位,压力,流速,流量,2022/10/19,29,8、试验的进行,明确生产中提出的问题,决定实验内容选择模型比尺制作模型校核模型选择量测设备及量测要求率定,即预备试验和校正试验正式试验成果分析,2022/10/19,30,9、研究的范围,水工建筑物方面水工建筑物的流量系数,水流作用于建筑物上的压力及脉动荷载,水流的衔接形式,消能工的作用,建筑物下游的局部冲刷及对河岸的冲刷情况,枢纽布置等。
船闸模型试验输水管道的流量系数,灌泄水时间,闸室水流情况及其对船舶的作用力,水流对航道的冲刷等。
水电站水力学模型试验调压井的尺寸和水力特性,水击压力,水轮机组性能,水电站及引水渠不稳定流,沉砂池的工况等。
火电、核电站冷却水研究紊动混掺、扩散稀释和热传递规律等。
港口河道研究治河工程对防洪、通航的影响,河道冲淤变化规律,以及防波堤的消浪、防浪作用,波浪对港工建筑物的作用力以及港口、河口减淤防淤措施等。
2022/10/19,31,二、量纲分析,量纲和单位量纲和谐原理量纲分析法,水工模型试验,2022/10/19,32,二、量纲分析,量纲和单位量纲和谐原理量纲分析法,水工模型试验,2022/10/19,33,2.1量纲和单位,量纲用来表示物理量的性质和类别,可用简单的字母表示,其符号是。
例如长度的量纲是L,时间的量纲T。
也称为“因次”、“尺度”(Dimension),单位量度各种物理量数值的标准。
“物质的物理性质”,“数量”,“内容和形式的关系”,2022/10/19,34,2.1量纲和单位,量纲基本量纲导出量纲,2022/10/19,35,2.1量纲和单位,量纲基本量纲导出量纲,凡是不能用其他量纲替代的量纲。
基本量纲分两种,每种三个:
物理量纲:
L、M和T工程量纲:
L、F和T。
2022/10/19,36,2.1量纲和单位,量纲基本量纲导出量纲,可由基本量纲推导的其他物理量的量纲,,如速度、加速度、密度等。
2022/10/19,37,2.1量纲和单位,无量纲数量纲为零。
可以是相同量纲的比尺,如坡度i;
也可由几个有量纲量通过乘除组合而成,如Re、Fr。
特点:
既无量纲也无单位;
不随所选用单位的不同而改变其数值。
2022/10/19,38,2.1量纲和单位,单位变换,问题:
同一物理量,采用第一种单位量度出来的数与采用第二种单位量度出来的数之间有何关系?
例如:
(1)3m3100cm,单位兑换系数,当R改用cm,v改用cm/s,公式中的系数应作如何改变?
(2),2022/10/19,39,n的量纲:
L-1/3T,2022/10/19,40,两种单位系统的基本单位之间的关系为,设有某物理量MaLbTc,用第一种单位系统量度,其数量为X;
用第二种单位系统量度,其数量为。
单位兑换系数,2022/10/19,41,二、量纲分析,量纲和单位量纲和谐原理量纲分析法,水工模型试验,2022/10/19,42,2.2量纲的和谐原理,基本原理凡是正确反映客观规律的物理方程,其各项的量纲都必须是一致的。
重要性一个方程式在量纲上是和谐的,则方程的形式不随量度单位的改换而变化;
量纲和谐原理可用来确定公式中物理量的指数;
量纲和谐原理可用来建立物理方程式。
2022/10/19,43,2.2量纲的和谐原理,伯努利方程,粘性流体运动方程,量纲:
L,量纲:
LT-2,2022/10/19,44,2.2量纲的和谐原理,基本原理凡是正确反映客观规律的物理方程,其各项的量纲都必须是一致的。
2022/10/19,45,例:
水平圆管中层流的流量Q与管段长l成反比,与两端的压差p却成正比,与圆管半径r的n次方成正比,与液体粘滞系数成反比,可写成如下形式,根据量纲和谐原理求未知指数n。
L
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- 水工 模型 试验 检测
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