热电项目取水口设计及河工模型试验研究
水工模型试验测量技术综述
水工模型试验测量技术综述 摘要:水工模型试验是解决工程实际问题，为理论研究和工程设计提供依据的重要手段。基础数据的准确度与精确度直接关系到试验成果的质量，因此试验中的测量技术非常关键。流速、流量、水位、压力、地形、泥沙含量等是模型试验中测量的主要数据，本文主要介绍了模型试验中这些数据的测量技术及存在的问题。 关键字:水工模型试验测量方法发展现状问题分析 引言 水工模型试验是根据相似原理，按照一定的相似比将需要研究的对象，如河流、水工建筑物等按一定比例缩小后，在缩小的模型中复演与原型相似的水流，进行水工建筑物各种水力学问题研究的实验技术，旨在定性或定量的揭示其运动规律或水力学特性，为理论研究和工程设计等提供依据。 自1870年弗劳德(Froude)首先按水流相似准则进行了船舶模型试验以来，随着水利事业的发展，水工模型试验水平在很大程度上有了提高，在理论设计、模型制作、试验测量、数据处理等方面都有了创新突破和发展。 模型试验中的数据测量对试验结果的质量起着至关重要的作用，数据的精确度和准确度直接关系到科研成果的质量。在水工模型试验中主要需要控制和测量的参数有流速、流量、水位、压力、地形、泥沙等，测量仪器的精度、范围、性能等决定着测量结果的准确性，因而优良的测量技术是模型试验的前提和保障。近年来随着激光技术、超声波技术、计算机技术及数字图像处理技术等先进技术的发展，模型试验测量技术有了较快的发展，但尚存在一些问题有待进一步研究，本文主要论述模型试验测量技术的发展及现在存在的一些问题。1.发展现状 1.1流速测量技术 流体的流速是流场最基本的物理量之一，对流体流动特性的认识很大程度上取决于流场的获得，而大多数描述流场的物理量都直接或间接与流速有关，如环量、涡量、流函数、流速势函数等等。在模型试验中流速的测量非常重要，随着技术的创新突破，流速的测量技术取得了较快的发展，从单点流速测量发展到多点测量，从单向到多向、从稳态向瞬态发展，从毕托管、旋浆流速仪、热线/热膜流速仪、电磁流速仪、超声波多普勒流速仪（ADV）、激
河工模型试验中的DPIV技术及其应用
河工模型试验中的DPIV技术及其应 用 摘要粒子图像测速是一种快速全 流场测量方法。本文根据河工模型试验的特点建立了一套多CCD的DPIV测量系统，在 自然光照明的条件下对河工模型近千平方 米区域内流体的表面流厨行快速测量；根据河工模型中粒子分布的特点，对PIV常用的速度提取算法(互相关和二次傅立叶变换) 进行了改进，提高了速度提取的效率，在一定的分辨率前提下达到了对河工模型表面 流场实时测量和记录的要求，测量误差较小。 关键词粒子图像测速河工模型速度测量 流场显示 0 引言河工模型是探讨河流工程问题 的有效研究方法之一，但由于河工模型尺寸大，观测的范围广，使用单点式速度测量仪器费时费力；对于动床模型或非定常流动模型，床面和边界形态均在不断变化之中，因
此，在河工模型试验中采用全场实时测速技术十分必要，具有很大的科研和经济价值。粒子示踪的图像全场测速技术(Particle Image Velocimetry[1，和Particle Tracking Velocimetry[3，4])以及数字化粒子图像测速技术(Digital PIV和Digital PTV)具有方便快捷的特点，在流体力学研究中得到了广泛应用。国内科研人员根据PIV 和PTV的基本原理，已成功开发出应用于大型河工模型表面流场测量的粒子示踪测速 系统：清华大学研制的DPTV系统、中国科学院力学研究所研制的DPIV系统等。 DPIV系统的核心是对流动图像进行处理，得到示踪粒子代表的流体的速度，这一过程称为速度提取。速度提取一般采用互相关算法和二次傅立叶变换[7，8，9]进行，需优良的硬件设备(运算速度高的计算机和浮点运算加速器件)才能满足实时测量的要求。本文考虑到河工模型中示踪粒子的分布特点 以及自然光照明的条件等，采用了三种改进的速度提取算法，缩短了速度提取时间，在普通Pentium系列微机由软件实现河工模型
水工模型实验
教学实验报告 学年学期2013～2014学年. 课程名称水工模型试验. 实验名称水工试验模型初步设计与制作. 实验室水工水力学实验室. 专业年级水工11级. 学生姓名 学生学号 . 提交日期 . 成绩 . 任课教师尹进步. 水利与建筑工程学院
水工常压整体模型设计及计算说明书 一、设计依据 工程枢纽总体布置图、 工程枢纽上下游一定范围的地形图、 各类建筑物的详细体型图、地质资料、水文资料等。 其中具体体形参数为： 2#坝轴线 1#坝型拱坝 长度比尺Lr=90 Q=12000m 3 坝顶高程Z 1=1209m 下游最高水位Z 2=1138m 河道底板高程Z 3=1100m 二、设计准则 常压模型采用重力相似准则，按正态几何比尺进行设计。 相应水力参数模型比尺如下： 时间比尺：Tr=Lr 1/2=901/2=9.487 流速比尺：Vr=Lr 1/2=901/2=9.487 流量比尺：Qr=Lr 5/2=905/2=76843.347 糙率比尺：n r =Lr 1/6=901/6=2.117 三、最大堰上水头及量水堰尺寸计算 根据重力相似准则 s L s m L Q Q Q Q r r m /6.215/0.1562090012032/52/5max max ===== 因为Qm>30L/s ，查《水工（常规）模型试验规程SL155-2010》选用矩形堰 作为流量测量仪器。矩形量水堰的流量计算采用雷白克经验公式： 5.10 24.0782.1BH P H Q ??? ?? += P ：堰高； H ：堰上水头； B ：堰宽; H0=H+0.0011; Q=0.1562m3/s 因为 150L/s 《水工建筑物》课程实验指导书 王飞虎江锋 西安理工大学水电学院水工系 二OO六年十月 水工模型试验(一) 班级姓名学号日期 整体水工模型试验 一、试验综述： 当研究河道中水利枢纽工程的总体布置合理性，则按一定比例把所研究的河段和水利枢纽缩制成模型来进行研究，这种模型就叫做整体模型。整体模型所研究的对象的水力特性通常与空间三个坐标有关，如显著弯曲的河渠、溢洪道水流问题，拱坝泄流问题及水利枢纽上下游水流衔接，流态等问题，常需制作成整体水工模型来进行研究。 影响枢纽布置的主要因素是坝址地形、地质情况及河道水文特征等，影响下游消能防冲的主要因素是泄水建筑物的体型布置和下游河道的地质，地貌等。 二、整体模型一般研究内容： 1、泄水建筑物的泄流能力 2、泄水建筑物的压力、流速、空化特性等 3、下游河道岸边水面高程（水面线） 4、消能工的消能效果 5、泄水建筑物下游的折冲水流及水流扩散问题 6、下游河道流速分布 7、上下游水流流态、水流衔接。 8、下游河床及岸坡的冲刷等 三、试验目的 1、初步了解整体模型试验的基本理论及研究范围和内容。 2、初步掌握整体模型试验的基本方法及量测技术和技巧。 3、初步掌握试验资料整理、分析、评价及解决实际工程问题的能力 4、结合具体试验、巩固和复习专业理论知识，增强动手和科研能力。 四、本试验要求和任务 1、枢纽泄流能力 2、下游岸边流速分布 3、下游岸边水面线 4、上下游水流流态 5、要求整理分析试验成果，对工程布置作出评价，试提出改进措施。 6、写出试验报告。 五、工程概况 洮河海甸峡水电站位于甘肃省临洮县，渭源县和康乐县三县交界的海甸峡进口处，电站总装机容量为25MW，水库设计洪水位为2002m，校核洪水位为2004.0m，总库容为2200万m3，最大坝高49m，坝顶高程为2005.0m，是一座以发电为主的III等中型水电站枢纽。 枢纽由溢流坝、泄冲闸和挡水坝、引水发电隧洞、电站厂房等建筑物组成，工程布置特性见表1。 溢流坝布置为2×10m的表孔，堰顶高程为1995m，溢流坝堰顶上游头部为双圆弧曲线，下游堰面为WES改型曲线，下游消能形式为底流消能，消力池长70m，宽23m，池深5.2m，底板高程为1971.8m，尾坎高程为1977m，消力池下游为砼四面体护坦，长45m，护坦高程为1977.0m。 泄冲闸位于溢流坝左侧，布置为3孔。进口底板高程为1978.0m。每孔净宽8m，高6m，进口段后接1:4的斜坡，下接消力池长70m，宽32m，池深5.2m，底板高程为1971.8m，尾坎高程为1977m。 输水洞位于大坝上游、左岸，设计输水流量为205.2m3/s，进口在泄冲闸上游约为47m处，进口底板高程为1983m，净宽3×7m，进水口下接圆形压力隧洞，洞径8.5m，洞长897m。 六、基本资料 1、模型为正态模型，比尺为：1:50 2、库水位及洪水资料。 《水工模型试验与量测技术》 ———学习心得 通过将近九周的课程学习，让我了解到水工模型实验的一些知识和对科学学习的向往。 这项课程使我初步掌握各种水工建筑物模型试验的设计理论和方法、模型制作的方法及试验量测的手段和仪器的使用，为我进行课题研究和今后从事大中型水利水电工程的模型试验与科学研究打下基础。 水流运动是一种非常复杂的自然现象，设计水利工程时，常常有很多问题是不能用数学分析的方法来解决的。对许多水力学现象同样不能依靠数学分析的方法来解释。通常需要通过水工模型试验进行研究。本课程主要通过尺度分析、水工模型定律、水工模型试验设备、水工模型试验测试技术、模型制造与安装和水工模型试验操作技术等对我们进行知识的教育与科学的补充。通过对上述内容的学习，使同学们能够顺利进行研究课题的试验工作。 具体来讲，这项课程从一开始就让我了解到水工模型实验的重要意义，它能够解决理论不足的问题，这是数学分析方法所不能达到的，其次，它还能验证实验的合理性，预演各类工程现象，用这种方法来进行实验是更接近实际情况的，所以应该大力推广，然后，水工模型实验可以提高理论水平，促进学术进步，最后，它更可以指导工程实践，例如书本上的，张开泉教授主持的螺旋流涡管排沙课题，从82年开始提出概念，83~84年建立数学模型，进行理论的分析，但是没有条件进行实验，因此从理论上很难进一步的提高，可是到了89年后我们先后进行了水槽实验和模型实验，生动的反映了涡管的排沙能 力，逐渐使工程界接受了这种排沙工程措施，由此可以看出来水工模型实验的重要性。 记得第一次接触重点就是在量纲分析上，我真的从学习当中学到了很多东西，因为，在过去的学习当中虽然也了解过量纲，但是，只是了解到一些皮毛的东西，从来没有像这样系统的、全面的学习过量纲，甚至量纲的计算。通过这一大章，我不仅又一次的了解量刚，而且，从雷列法等量纲分析法中学到了关于量纲的计算。学习量纲，在我看来，不仅仅是一种学习，它也会有助于我们学习数学、物理、水利、化学等等学科。 接着，这门课程让我了解到的就是相似原理及模型律，说白了，就是对比例尺的理解与应用。说到比例尺，大家都不陌生，可是，谁也没有这么详细的学到过对比例尺的应用方法。按比尺缩小的模型中复演与原型相似的水流,进行水工建筑物各种水力学问题研究的实验技术。在制作天然河道或各种水工建筑物的水力学模型时,要按水力相似准则进行模拟。这些相似准则一般有重力相似、粘滞力相似、弹性力相似、表面张力相似、压力相似等,而以表述重力相似准则定律最为常用。此外还有空化水流、温差异重流等特殊情况的相似准则根据水力相似原理,还可将模型中量测到的水力要素换算为原型的水力要素。通过模型试验,可进行工程布置方案的比较,建筑物过流表面的体型优化,。 因此，人们对水工问题的研究，主要有理论分析、原型观测和模型试验等技术手段。 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 (4) 实验项目二：水工建筑物模型——泄水建筑物消能型式实验 (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个有代表性的模型水工模型试验一西安理工大学
水工实验模型心得
试验项目一水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习