水工模型试验
水工模型试验一西安理工大学
《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。
水工模型试验在小水电设计中的重要性研究
水工模型试验在小水电设计中的重要性研究水工模型试验在小水电设计中的重要性研究随着我国经济的发展，能源需求逐年增加，小水电便成为了我国发展清洁能源的重要战略之一。
随之而来的是小水电项目规模越来越小，水力特性之间的差异也越来越大，这就增加了小水电的技术难度。
在小水电设计过程中，水工模型试验是必不可少的一步，因为它能够对小水电站内部水流等流体力学参数进行实际测试，从而优化小水电站设计，提高小水电站的发电效率，保证电站的安全稳定运行。
一、水工模型试验的基本原理和作用水工模型试验是把要研究的实体模型按照比例制成模型，放在水槽中进行试验，从而得到实际工程的各项参数。
通俗地讲，就是把一个真实的小水电站缩小成一个比例小很多的模型，固定在一个实验水槽上进行实验的科学研究。
水工模型试验能够通过模型的实验数据，推算出真实工程中可能出现的水流情况等数据，从而在工程设计过程中进行规避，降低小水电项目的风险。
水工模型试验的作用主要有以下几个方面：1.对小水电站内部水流动态的研究小水电站的发电效率和电站结构的合理程度都与电站内部水流的动态性密不可分。
而水工模型试验可以通过对水流动态的实际测试，仔细研究水位、水流速度、水压等参数，从而为小水电站的水力设计提供可靠的数据支撑，以实现小水电设计与运行效果的协调。
2.对小水电站安全性能的验证在小水电站的设计过程中，安全是首要考虑的问题。
而水工模型试验能够对小水电站的自然环境、地理位置、天气等因素进行考虑，从而研究出小水电站的安全性能，为实际的小水电项目提供可靠的保证。
3.对小水电站的装置排列以及材料的选取等问题进行研究在小水电站的设计过程中，装置排列和材料的选定都对小水电站的发电效率以及运行特性有很大的影响。
而通过水工模型试验，可以对小水电站的各种因素进行较为准确的模拟，为小水电站的设计提供可靠的数据支持，最大限度地保证小水电站的效益。
二、小水电站水工模型试验技术应用流程小水电站水工模型试验技术应用流程主要包括数据获取、模型制作、模型实验、数据处理和反馈等步骤。
水利工程中的模型试验研究及其应用
水利工程中的模型试验研究及其应用一、引言随着经济和人口的快速增长，水资源的有效利用和管理越来越受到重视。
水利工程中的各种水文、水力、结构等问题需要进行模型试验研究，以验证方案设计的合理性和可行性。
本文将介绍水利工程中的模型试验研究及其应用。
二、水利工程中的模型试验研究模型试验是通过减小实际尺寸和时间，以相对较小的成本进行试验的方法。
水利工程中常用的模型试验包括以下几种。
（一）水文模型试验水文模型试验是通过在模型试验渠道中加入流量检测仪器等设备，模拟不同洪水实验条件，对洪水对水利工程的影响进行模拟试验。
水文模型试验可以帮助工程师确定设计洪水位、水位和流量等重要参数，并评估可能的洪水风险。
（二）水力模型试验水力模型试验是模拟水力学问题的试验。
主要是通过试验来确认渠道流量、水位、流速、加速度、波浪等参数，以验证水利工程的设计是否符合要求。
水力模型试验可以用于评估水利工程的稳定性、安全性等方面。
（三）结构模型试验结构模型试验是模拟水利工程中的各种结构物进行试验，如大坝、水闸、渠道等。
结构模型试验可以帮助工程师确定结构物的受力情况、变形情况等，评估结构物的安全性和稳定性。
三、模型试验的优点水利工程中使用模型试验可以得到更多的优点，以下是一些典型的优点：（一）成本低水利工程中的大多数模型试验都是比实际尺寸小很多的试验，因此需要的工程材料成本相对较少。
同时，模型试验通常需要更少的人力等资源，成本大大降低。
（二）安全可控模型试验是在实验室环境中进行的，试验结果可以更好地，更容易地进行控制。
不需要进行实际的水位和流量控制等操作，节省了更多的人力、物力和财力资源。
（三）准确性高由于水利工程模型实验通常是在极度可控的情况下进行的，并且能够更准确地模拟实际出现的问题，因此可以更好地反映实际状况，提供设计师更准确的数据。
（四）检测进程及时由于模型试验可以更加快速有效地进行，因此设计师可以在实际的建设和运行过程中及时调整和优化设计过程。
水力学实验5.水工模型试验基础
将上式代入牛顿普遍相似准则 L22 L3g
Frp Frm
★在重力起主导作用两个相似系统中， 必须保证原型和模型的弗汝德数相等。因 此重力相似准则，又称弗汝德数准则，模 型与原型之间各物理量的比尺不能任意选 择，必须遵循弗汝德数准则。
现将各种物理量的比尺与模型比尺 L
的关系推导如下：
因为 V L3 8000
所以
Vm
Vp
V
2074104 8000
2593m3
所以水工模型中的放水时间为16.11d， 控制放水流量是2593m3。
第三节 水工模型设计的几点说明
（1）如果原型水流是紊流，则模型中 的水流也应该是紊流，在设计河道模型时 要选择几个流速较小的断面进行校核。
(2)原型水流是缓流或急流，模型中也 相应为缓流或急流。
L
W F L L4
3.阻力相似准则
2 p
m2
g p Lp J p gmLm Jm
或
Frp Frm Jp Jm
（1）阻力平均方区的紊流阻力相似准则
★水流在阻力平方区时，只要模型与原型
的沿程水头损失系数相等，就可以满足模 型与原型流动的阻力相似的要求，就可以 用弗汝德数准则进行阻力相似模型的设计。
t
tp tm
加速度比尺
p m
Lp / tP Lm / tm
L t
a
ap am
Lp Lm
/ tP2 / tm2
L t 2
根据定义，流速可以用长度除以时间 表示，而加速度则要用速度除以时间表示。
由此可见，满足运动相似的流速比尺 和加速度比尺都不是任意选定的，它们与 时间比尺、长度比尺都是相互关联的。
L
水工(常规)模型试验规程
水工(常规)模型试验规程水工(常规)模型试验是水利水电工程建设的重要环节，通过模拟真实工程情况，在实验室或试验场地进行工程试验，为工程设计、施工提供参考依据。
水工(常规)模型试验规程是规范水工模型试验活动的标准和指导，确保试验结果准确可靠，并且保障试验过程中的安全。
一、试验前准备1.确定试验目的和要求：在制定试验计划前，需明确试验的目的和要求，确定试验的具体内容、试验参数、试验时间等关键因素。
2.选择试验场地和设备：选择合适的试验场地和设备，确保试验过程中设备运行正常、场地条件符合试验要求。
3.确定试验方案和流程：制定试验方案和流程，包括试验的具体步骤、数据采集方案、试验设备的设置、试验过程的控制等内容。
4.制定试验安全措施：确保试验过程中人员的安全，制定相应的安全措施，包括人员防护、设备维护、紧急处理等措施。
二、试验过程1.设备调试和校准：在试验开始前，对试验设备进行调试和校准，确保设备运行正常，数据采集准确可靠。
2.试验数据采集和记录：在试验过程中，及时采集试验数据并进行记录，确保数据的真实性和完整性。
3.试验参数设置和控制：根据试验方案，设置试验参数并进行控制，保证试验过程中的稳定性和可重复性。
4.实时监测和反馈：对试验现场进行实时监测和反馈，及时调整试验参数以确保试验的顺利进行。
5.试验结果分析和评价：对试验结果进行分析和评价，验证试验目的和要求是否达到，为工程设计和施工提供参考依据。
三、试验报告和总结1.编制试验报告：在试验结束后，编制试验报告，包括试验目的、试验方案、试验过程、试验结果、分析和评价等内容。
2.总结经验和教训：总结试验过程中的经验和教训，为今后的试验工作提供参考和改进。
3.提交审核和审批：将试验报告提交给相关主管部门进行审核和审批，确保试验结果的准确性和可信度。
四、安全管理和保障1.严格遵守试验规程：所有参与试验工作的人员必须严格遵守试验规程，不得擅自更改试验方案和操作程序。
某水利水电工程水工模型试验报告
目录1. 概述 (1)1.1工程简况 (1)1.2试验资料 (1)1.3试验目的及研究内容 (2)2 模型试验设计和制作 (5)2.1模型试验主要依据 (5)2.2模型要求 (5)2.3模型量测仪器及设备 (6)3. 设计方案试验成果 (7)3.1泄流能力 (9)3.1.1 泄洪放空洞泄流能力 (9)3.1.2 溢洪道泄流能力 (11)3.2泄洪放空洞水力特性简述 (13)3.3溢洪道水力特性简述 (13)4. 优化方案I (14)4.1体形优化 (14)4.1.1 泄洪放空洞体形优化 (14)4.1.2 溢洪道体形优化 (21)4.2泄流能力 (24)4.2.1 泄洪放空洞泄流能力 (24)4.2.2 溢洪道泄流能力 (26)4.3泄洪放空洞洞身水力特性 (28)4.3.1 水流流态 (28)4.3.2 水深、流速及洞顶余幅 (29)4.3.3 压力及水流空化数 (32)4.3.4 掺气空腔特性 (37)4.4溢洪道沿程水力特性 (38)4.4.1 水流流态 (38)4.4.2 水深及流速 (39)4.4.3 压力及水流空化数 (48)4.5水舌特征及下游河道水力特性 (54)4.5.1 流态 (54)4.5.2 出口水舌特性 (56)4.5.3 下游岸边流速 (59)4.5.4 下游岸边水面线 (63)4.5.5 下游河道冲刷 (70)5. 初设阶段推荐方案 .................................................................. 错误!未定义书签。
5.1泄流能力............................................................................ 错误!未定义书签。
5.2泄洪放空洞洞身水力特性............................................... 错误!未定义书签。
水工模型试验报告
水工模型试验报告1水工模型试验的作用与分类1.1作用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，至今还没有得到很好的掌握。
设计水利工程时不是用数学分析的方法，就是应用经验公式。
这两种方法都有一定的局限性。
事实上，天然河道中水工建筑物的边界条件各不相同，而且非常复杂，须经过水工模型试验的分析研究，方可切合实际；还可以进一步提高理论，指导实践。
因此，可以说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，起到非常重要的作用，一直受到水利工程界的重视。
1.2分类由于试验研究任务不同，采用不同类型的模型，以满足不同的需要。
当研究河道中水利枢纽的总体布置时，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试验，这就叫整体模型。
至于二元问题，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，这时可以采用半整体模型。
进行一般试验时，只要将原体的三个尺寸按照同一比例缩制，这种模型叫作正态模型。
但有时因为受各种条件的限制，粗糙度或水流流态等与原体不相似时，就采用竖直和水平方向长度缩尺不同的模型，即为变态模型。
河工模型经常采用这种类型。
按照试验研究任务和性质分，有水工建筑物、河道、热扩散、排污口、溃坝、滑坡、泥石流、潮汐、泥沙以及波浪模型等。
2、水工模型试验理论2.1层流根据模型设计的相关原理，可以推导出以下公式：()：边界上的压力差比几何相似比尺；时间：流量：流速：p l p t l p Q lp v ∆-∆∆∆===αααααααααα:132.2阻力平方区的紊流运动 ()几何相似比尺时间：流量：流速：:215221l t l Q lv ααααααα=== 2.3重力作用为主的流体运动当流体的特性主要决定于重力作用，粘滞力的作用可忽略时该运动也就是在阻力平方区的紊流，这时阻力与速度的平方成比例，而雷诺数已超过一定界限，其变化没有影响。
机泵水工模型试验与数值模拟技术
机泵水工模型试验与数值模拟技术随着科技的不断进步和水工工程的发展，机泵水工模型试验和数值模拟技术在水利工程领域中扮演着重要的角色。
本文将就机泵水工模型试验和数值模拟技术的原理、应用及其优缺点进行探讨。
一、机泵水工模型试验概述1.1 机泵水工模型试验的定义机泵水工模型试验是指利用实验设备和试验手段对机泵水工系统进行模拟和检验，以验证机泵水力特性、性能指标及其相互关系的试验方法。
1.2 机泵水工模型试验的原理机泵水工模型试验原理主要包括相似理论、动力相似和几何相似。
相似理论是指在试验和实际工程之间建立相同或相似的物理和数学模型，以推导出试验结果与实际工程的相关性。
动力相似是指同时满足流体力学方程和力学平衡方程，使得模型试验对象和实际工程具有相同的动力行为。
几何相似是指试验模型和实际工程在几何上保持相似关系。
1.3 机泵水工模型试验的应用机泵水工模型试验广泛应用于水利工程中的泵站设计、渠道流量测量、水头损失计算等方面。
通过试验可以得到泵站各种工况下的流量、扬程、效率等性能参数，对于判断泵站性能、优化设计方案以及解决实际施工中出现的问题具有重要作用。
二、水工数值模拟技术2.1 数值模拟技术的概念水工数值模拟技术是指通过计算机仿真和模拟技术对水利工程中的水流、水力特性及相关物理过程进行数值求解和分析的方法。
2.2 数值模拟技术的原理数值模拟技术的原理基于流体力学方程和相关物理模型。
通过将求解区域离散化为有限个小单元，利用离散数值计算方法，如有限差分法、有限元法等，对流体力学方程组进行数值求解，得到水工系统的各项参数和水力特性。
2.3 数值模拟技术的应用水工数值模拟技术在水利工程中的应用十分广泛，可以模拟水流的变化、流速分布、流量计算等水力特性，对于水流的运动规律研究、水力特性示意、方案优化设计等具有重要意义。
三、机泵水工模型试验与数值模拟技术的优缺点比较3.1 机泵水工模型试验的优缺点机泵水工模型试验的优点在于能够真实模拟水流的物理特性、流动情况，并且可以直观地观察到实验结果。
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7.1 供水系统 蓄水池 平水系统
平水塔
• 进水仓 • 平水仓 • 回水仓
平水塔
变频恒压系统
蝶阀 出水管
动力抽水设备 泵房 配水管路 回水管槽
止回阀 水泵 闸门
蓄水池 底阀 进水口
7.1 供水系统
2、浑水系统简介
分类 全循环浑水系统 水沙分离系统 组成：蓄水池、调节水池、水泵、供水管、冲沙 管、量水设备、回水沟道、沉沙池等 搅拌池 加沙设备
矩形堰 三角堰
流量计（图）
流量计的分类
• 按测量原理分类 • 按流量计结构原理分类
电磁流量计 超声流量计
qV
D2
4
u
De
4B
7.5 含沙量与地形测量
一、含沙量的测量
烘干称重法、比重瓶法 光电测沙仪
其它的测沙仪器
同位素测沙仪
振动式测沙仪
振动管测沙仪
超声波测沙仪
红外测沙仪
7.5 含沙量与地形测量
二、冲淤地形的测量 水准仪 超声波式地形仪 电阻式地形仪 光电式地形仪
7.6 压力测量
一、测压管 二、压力传感器 三、数据采集系统
概念：将温度、压力、流量、位移等模拟量进行 采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行 存储、处理、显示或打印的装置。
7.2 固定及控制设备 2、活动水槽
二、波浪水槽及港池（波浪池）
1、波浪水槽（图） 2、港池（波浪池）（图） 3、造波机：气压式、风浪、机械式造波机（图） 4、潮汐仪：压缩空气式、水泵尾门式（图）
三、高水箱和高压水箱
1 、高水箱：代表天然水库，模拟泄洪洞、泄水底 孔、中孔、深水闸门的水力特性、振动、掺气减 蚀等。 2、高压水箱
传感器
信号调 理电路 数据采 集电路 微机 系统
各种测量仪器
电磁流量计
超声波流量计
超声波明渠流量计
三维粒子图像测速系统
插入式涡轮流量计
多功能波浪水槽
造波机
压缩空气式潮汐仪
水泵尾门式潮汐仪
安徽水科所梅山实验室活动陡槽
水箱
分 部 动 活
供水管
分 部 装 拆
圆弧导轨支架 钢筋混凝土框架
冲刷槽长3测技术
7.1 供水系统
一、供水系统的分类 按水源及性质分类
循环式水流系统 重力式水流系统
按水质分类
清水系统 浑水系统
按配水方法分类
单一式 综合式
7.1 供水系统
二、循环式水流系统
1、清水系统：蓄水池、水泵、平水塔、配水管、回水渠等
平水设施 蓄水池 抽水机 文丘里水计 前池 固定河段 静水栅 活动河床 模型边墙 固定河段 回水管路
1—套筒； 2—支座； 3—测杆； 4—微动机构； 5—微动轮； 6—制动螺丝； 7—测针紧固帽； 8—测针
二、超声波水位计 三、跟踪式水位仪
7.4 流速和流量测量
一、流速的测量
接触式
毕托管流速仪
旋浆流速仪
热线流速仪 电磁流速仪
超声多普勒流速仪
非接触式
激光多普勒流速仪 粒子图像测速系统（PIV）
7.4 流速和流量测量
二、流向测量 测定水面流向
纸花、干锯木屑、发光浮子（烛光、铝粉）、 聚乙烯薄膜
测定水中流向
短羊毛细线、高锰酸钾溶液及用苯、白漆和四 氯化碳调制的混合液滴
测定水底流向
湿木屑、高锰酸钾颗粒以及石蜡和煤屑等制成 的小球
7.4 流速和流量测量
三、流量测量 Q CBH n 量水堰：
• 皮带式加沙机 • 漏斗式加沙机
7.2 固定及控制设备
一、玻璃水槽
1、固定水槽
退水段 工作段 进口段
尾门
消浪槽
平面布置
排水 排水 下游补水 量水堰 进水闸门 流量微调 通气孔
+2.0～2.3
平底水槽
+1.9～2.2 +1.4～1.9
+0.5 ±0.0
+2.4～2.7
台阶水槽
+0.9 +0.4 沉砂池 退水孔 ±0.0
7.2 固定及控制设备 四、陡槽（图） 研究水流掺气现象、陡坡边界层、空化、急流压 力脉动、急流波动以及标定高速水流各种测试仪 器等。 五、减压箱 研究空化现象 包括水流循环系统和抽气系统 六、循环水洞 研究水流空化特性的试验设备 七、尾门 控制尾水流量，调节尾水水位
7.3 水位与波面测量 一、水位测针