水流流速场试验实验报告河海港航.docx
- 文档编号:23189415
- 上传时间:2023-05-15
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:127.23KB
水流流速场试验实验报告河海港航.docx
《水流流速场试验实验报告河海港航.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水流流速场试验实验报告河海港航.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
水流流速场试验实验报告河海港航
水流流速场试验实验报告
一、实验目的和要求
水流是泥沙运动的主要动力,在与河床、建筑物之间的相互作用中起着决定性的因素。
所以,掌握和了解水流结构极其运动变化规律,是研究和分析河床变形、建筑物相互作用的基础。
1、测量和研究顺直水槽段两侧水位的沿程变化规律。
2、测量和研究弯曲水槽段两侧水位的沿程变化规律。
3、测量和研究顺直水槽段水流流速沿程、沿水深的变化规律。
4、测量和研究弯曲水槽段水流流速沿程、沿水深的变化规律。
5、计算各流速测点的垂线平均流速,推求和研究垂线平均流速沿程、沿宽度的分布规律。
二、实验原理
在直线段布置4个测量断面,在过渡段、弯曲段、出口段分别布置一个断面,7个断面的编号从进口开始分别为断面1、2、3、4、5、6、7。
各断面距进口的距离分别为178.6cm、294cm、584cm、850cm、1026.4cm、1146.4cm(沿弯道凹侧测量)、1286.4cm(沿弯道凹侧测量)。
在每个断面处布置3个测流垂线,中间的那个测流垂线(垂线3)位于水槽中轴线上,两边的测流垂线(垂线1和垂线2)分别距水槽右侧、左侧21.5cm。
其中断面1和断面5测垂线上相对水深为0.2h、0.4h、0.5h、0.6h、0.8h点处的流速,断面2、3、4、6、7测垂线相对水深为0.4h、0.6h、0.8h处的流速。
通过各断面3个流速测点对流速的测量,可推求和研究水流流速沿程、沿水深的变化规律和垂线平均流速沿程、沿宽度的分布规律。
三、实验设备及仪器
主要实验设备及仪器包括试验水槽、刻度尺、旋浆式流速仪、采点箱。
试验水槽是一座循环供水的多功能性水槽。
水槽断面宽l.2m,高0.4m,纵向长16.6m,设有直线段10m和弯曲段6.6m,弯曲段中轴线弯曲半径为3m。
四、实验步骤
1、阅读和掌握实验目的、实验要求以及实验内容;
2、熟悉和掌握旋浆式流速仪的使用原理与操作方法;
3、开启水泵,调节水槽尾门,保持沿程水流恒定状态,并观测、记录水位;
4、分别在顺直水槽与弯曲水槽段设置测流断面,每个断面沿水槽宽度设置3个测流垂线,每条垂线沿水深测量和记录3到5点流速。
5、根据实验结果,绘制出水位沿程分布图和流速垂向分布图;
6、计算整理试验结果,绘制出绘制出顺直水槽和弯曲水槽的垂线平均流速平面分布图。
五、实验数据记录、计算及绘制相关曲线
1、数据记录
(1)水槽两侧水位测量数据记录,如下表1
各断面水位测量记录
断面
编号
断面距
进口距离/cm
左侧水位/cm
右侧水位/cm
1
178.6
14.5
14.5
2
294
14
14
3
584
13.5
13.5
4
850
13.8
13.8
5
1026.4
13
13.5
6
1146.4
14
14.5
7
1286.4
14
14.3
说明:
向水流方向看去,左手边一侧为左侧.
表1
(2)各断面流速测量数据记录
如下页表2
各断面流速测量记录
断面
编号
断面距
进口距离/cm
相对
水深
测点流速cm/s
垂线1
垂线3
垂线2
1
178.6
0.8h
25.9
21.4
23.7
0.6h
14
19.1
26.3
0.5h
20
14.3
17.2
0.4h
26.8
22
28.6
0.2h
21.5
15.4
26.8
2
294
0.8h
23.1
18.3
28.6
0.6h
17.7
20.2
22.9
0.4h
15.1
20.6
24
3
584
0.8h
19.1
21.7
24.6
0.6h
14.5
21.1
24.8
0.4h
18.9
18.3
20.2
4
850
0.8h
14.9
18.3
26.8
0.6h
22.5
21.7
27.4
0.4h
20
18.9
24.2
5
1026.4
0.8h
16.6
25.4
30.5
0.6h
14.9
24.2
27.1
0.5h
13.4
22.5
25.1
0.4h
22.2
22.9
34.8
0.2h
17.2
19.4
21.4
6
1146.4
0.8h
24.8
24.6
31.6
0.6h
13.4
17.2
20
0.4h
17.2
18
25.1
7
1286.4
0.8h
18.3
21.7
23.1
0.6h
17.2
21.1
25.7
0.4h
16
21.4
24.6
说明:
1、这里的“相对水深”指的是距离水底的水深。
2、垂线3是位于水槽中轴线上的测流垂线;垂线1和垂线2分别是靠近右侧和左侧的测流垂线。
表2
2、数据计算
根据各断面流速测量记录,取各测流垂线上距水底相对水深0.4h处的流速,可得相应的垂线平均流速,如下页表3。
各断面流速测量记录
断面
编号
断面距
进口距离/cm
相对
水深
测点流速cm/s
垂线平均流速cm/s
垂线1
垂线3
垂线2
垂线1
垂线3
垂线2
1
178.6
0.8h
25.9
21.4
23.7
26.8
22
28.6
0.6h
14
19.1
26.3
0.5h
20
14.3
17.2
0.4h
26.8
22
28.6
0.2h
21.5
15.4
26.8
2
294
0.8h
23.1
18.3
28.6
15.1
20.6
24
0.6h
17.7
20.2
22.9
0.4h
15.1
20.6
24
3
584
0.8h
19.1
21.7
24.6
18.9
18.3
20.2
0.6h
14.5
21.1
24.8
0.4h
18.9
18.3
20.2
4
850
0.8h
14.9
18.3
26.8
20
18.9
24.2
0.6h
22.5
21.7
27.4
0.4h
20
18.9
24.2
5
1026.4
0.8h
16.6
25.4
30.5
22.2
22.9
34.8
0.6h
14.9
24.2
27.1
0.5h
13.4
22.5
25.1
0.4h
22.2
22.9
34.8
0.2h
17.2
19.4
21.4
6
1146.4
0.8h
24.8
24.6
31.6
17.2
18
25.1
0.6h
13.4
17.2
20
0.4h
17.2
18
25.1
7
1286.4
0.8h
18.3
21.7
23.1
16
21.4
24.6
0.6h
17.2
21.1
25.7
0.4h
16
21.4
24.6
表3
3、绘制图形
(1)水槽两侧水位沿程曲线,如下页图1
图1
(2)垂线平均流速沿程变化图,如下图2
图2
(3)顺直水槽段水流沿水深分布图
取顺直段每条垂线有5个测点的断面1进行研究。
如下页图3
图3
(4)弯曲水槽段水流沿水深分布图
取弯曲段每条垂线有3个测点的断面6进行研究。
如下页图4
图4
(5)各断面垂线平均流速沿宽度分布图,如下图5
图5
(6)垂线平均流速的平面分布图,如下图6
图6
六、实验分析
基于图1到图6,从水位沿程变化、水流流速沿程分布、水流流速沿水深分布、垂线平均流速平面分布4个方面对实验结果进行分析。
(1)水位沿程变化
由图1可以发现,两侧水位在直线段基本上保持一致,在过渡段和弯道段,凹岸水位均高于凸岸水位,且凸岸水位比降大于凹岸水位比降。
(2)水流流速沿程分布
分析图2,发现沿程左岸(垂线2)的流速均大于右岸(垂线1)和水槽中轴线(垂线3)上的水流流速;左岸、右岸、水槽中轴线上的流速沿程大致都是先变小,然后变大,且在过渡段断面5处均有一个流速极值。
(3)水流流速沿水深分布
分析图3,水槽顺直段水流流速沿水深分布的波动性很大,理论上应该是从水底到水面逐渐变大,但三条垂线上的分布大致相近。
顺直段水流流速沿水深分布的很大的波动性可能与水流的紊动有关。
分析图4,水槽顺直段三条垂线上水流流速沿水深分布曲线形状完全一致,所测的水流最大流速均在靠近水面处,但最小值均在相对水深为0.6h处,理论上应该是靠近水底的那个测点,即相对水深为0.4h处。
(4)垂线平均流速平面分布
分析图5和图6,在顺直段,断面3和断面4的垂线平均流速沿宽度方向的分布相近,在弯道进口段,水流动力轴线明显偏靠凸岸,进入弯道以后,水流动力轴线逐渐偏离凸岸。
七、分析思考题
1、弯曲水槽两侧水位是否相同,哪一侧水位会升高,为什么会有这种差别?
答:
弯曲水槽两侧水位不同,凹侧水位会升高。
因为在弯道上的水流作曲线运动,必然产生指向凹岸方向的离心力,水流为了平衡这个离心力,通过调整,使得凹岸方向的水面增高,凸岸方向的水面降低。
所以凹侧水位会升高。
2、流速垂线分布呈现什么变化规律,一般可以拟合成几种流速垂向分布的经验公式?
答:
在本次试验中,测得的流速垂线分布的波动性很大,理论上流速从水底到水面是逐渐变大的。
对于紊流,流速沿垂线的分布一般可以拟合成两种经验公式,即对数流速分布公式
、指数流速公式
。
3、流速垂向分布在顺直水槽段中轴线与两侧附近是否有差别,为什么?
答:
有差异。
因为中轴线与两侧附近处的边界条件是差别的。
4、流速垂向分布在弯曲水槽段中轴线与两侧附近有什么变化规律,为什么?
答:
根据图4,水槽顺直段三条垂线上水流流速沿水深分布曲线形状完全一致,所测的水流最大流速均在靠近水面处。
5、垂线平均流速平面分布在顺直水槽和弯曲水槽段有什么不同?
答:
垂线平均流速在顺直水槽的分布各断面相对较相似。
在弯道进口段水流动力轴线(即最大水流所在线)偏靠凸岸,在弯道段水流动力轴线逐渐偏靠凹岸。
6、实验条件下的水槽综合糙率系数n是多少?
答:
根据谢才公式
和曼宁公式
可得
所以可得
,其中R为水槽的水力半径;J为水位比降;v为断面平均流速,这三个量均可由实验数据计算得到。
这里不妨只取直线段进行研究,则
带入可得n=0.006。
7、为什么在实验中反复强调保持水流恒定的重要性?
答:
若水流不恒定,水流中一点处的流速是时间t的函数,而实验时并不能保证所有点的流速是同一时间测得的。
因此,若水流不恒定,实验中测得的水流流速没有意义。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水流 流速 试验 实验 报告 海港