弯道水流实验
弯道水流实验
实验一弯道水流实验1. 实验目的要求弯道是平原河流中最常见的局部河段。
弯曲性河流就是由一个个反向河湾与直段连接而成，分汊河流的个别汊道也常常发展为弯道，甚至顺直型河流在枯水季节的河槽也具有弯曲的形状，弯道水流的特征与相应的泥沙运动、河床演变等密切相关。
（1）观察弯道上的水流情况，增加对弯道环流的认识；（2）了解弯道水流的纵、横向流速分布规律（3）弯道水面纵、横向比降及凹岸水面超高值的沿程变化规律2. 实验仪器设备。
（1）360度道水槽（R=1米）。
（2）流速仪，带刻度可测流向的活动测针架，水位测针，钢卷尺。
（3）模型沙、高锰酸钾，木屑等示综剂。
3.实验准备（1）启动供水系统，调节进水流量及弯道水槽尾门水位，使实验段水流平稳，水深控制在15—20cm之间；（2）布置测量断面及测点位置：在弯道内布设0°、60°、120°、180°、240°、300°、360°等七个测量断面，在弯道槽上、下游直段上分别布设一个测量断面。
（3）放好测架，安装好流速仪及水位测针。
4. 实验步骤（1）在各个测量断面上两侧（测点距槽壁各5cm）和中轴线上用活动测针测量水面高程。
（2）使用流速仪以三点法测量弯道0°、60°、120°、180°、240°、300°、360°等七个测量断面的流速与流向。
测量垂线的布置与测量水面高程时相同。
（3）在水面施放木屑及高锰酸钾等示踪剂、床面施放模型沙，观察弯道水流水面、水流内部水质点运动轨迹以及弯道床面推移质泥沙的运动情况。
5. 实验注意事项（1）弯道水流是典型的三维水流，实验室应注意观察水流及示踪剂、模型沙的运动情况。
（2）测弯道不同断面流速时要及时调整，保持流速仪测桨轴向与测点水流流向一致。
（3）若采用沿流程安装的固定水位测针测量水面高程时，应先按统一的基准面确定各测针零点高程。
明渠弯道水流运动规律研究分析
明渠弯道水流运动规律研究分析【摘要】在自然界的河道或者人工开挖的水渠当中，由于地势的原因，都会有弯道的存在，在水流经过这些弯道的时候，其运动规律会根据弯道的程度和水流的具体情况发生相应的变化，这些变化的规律是非常难以琢磨的，在这种情况下，人们通过对弯道和水流的具体数据进行研究，来得出其运动规律。
本文结合具体公式和案例，来对明渠弯道水流运动规律进行研究分析。
【关键词】明渠弯道水流运动规律前言在人们对明渠弯道中水流运动规律的研究中，包含了在各种地形情况下的弯道水流运动特性，根据这种特性，人们对其中影响水流运动规律的因素进行了各个方面的分析探讨。
这样的研究在人们的生活中起到了重要的作用，对河流的治理和港口的建立有着关键的意义。
一、在明渠弯道水流运动中的各个参数影响水流运动规律的因素包括很多方面，其中主要包括了水面横比降、横向环流流速沿垂向分布和环流流速的沿程分布等因素，通过对这些因素的具体研究分析，可以得出具体的弯道水流的运动规律。
1、首先是弯道水面横比降。
在水流经过弯道的时候，由于弯道的不同，其中所产生的离心力也有着不同，由于其中离心力的存在，会使水流的的水面逐渐升高，并且偏向凹面，这个凹面根据渠道的具体情况，会形成一定的倾斜角度，这个倾斜角度就被称为横比将JR，在水流经过弯道的时候，其中在水面逐渐偏向凹面的过程中，水灵经过弯道最中间的时候，是其中横比将值最大的时候，随着水流渐渐过去弯道，横比降的数值也会渐渐的减少；在水流经过弯道进口凸面的时候，水面处于最低的位置，在水流经过弯顶以下的凹面的时候，水面处于最高点。
在对弯道水面的横比将进行描述的时候，有着这样几个公式：首先是罗索夫斯基公式在这个公式里面Jr代表着水面的横比降：Vcp为在水流进入弯道的时候，垂线的平均流速；α0为流速垂线的分布不平均系数；τ0为来自河底的横向阻力；r为弯道的半径；p为水的密度；g为重力加速度。
在这个公式中我们可以看出，要想对水面的横比降进行计算，其中需要多个方面数据的共同支持，但是这个公式在实际的运用中仍旧是不精准的，其中的河底横向阻力和系数都不能进行有效的确定。
弯曲的水流实验现象
弯曲的水流实验现象弯曲的水流实验现象【引言】水是人类生活中不可或缺的资源，其性质和行为一直以来都备受科学家们的关注。
在研究水流时，人们发现了一种有趣的现象，即水流在通过一定形状的通道时会弯曲。
这一现象引起了科学家们的浓厚兴趣，并进行了一系列的实验来解释其原理。
本文将一步一步回答有关弯曲的水流实验现象的问题，并对实验结果进行解读。
【实验设备】1. 水源：提供水流用的水源，可使用自来水或水箱中的水。
2. 通道：可使用透明的塑料管、玻璃管等材料制作，其形状可以是直线、曲线或其他特殊形状。
3. 流速计：用于测量水流通过通道的速度。
4. 尺子或标尺：用于测量通道的长度。
5. 滴管：用于调整水流的流量。
6. 支架，夹子等：用于固定通道和其他实验设备。
【实验步骤】1. 准备工作：将实验设备进行清洁，并放置于合适的位置，确保通道不会晃动或倾斜。
2. 设置通道：选择一个合适的通道形状，并将其固定在实验台上。
可以根据实际需要设置直线、曲线或其他特殊形状的通道。
3. 测量通道长度：使用尺子或标尺精确测量通道的长度，并记录下来。
这个数据将在后续的实验数据分析中使用。
4. 调节水流流量：使用滴管来控制水流的流量，使其保持恒定。
可以逐渐调节滴管的开口大小，直至满足实验要求为止。
5. 测量水流速度：将流速计放置在通道的出口处，并记录下水流通过通道的时间。
根据通道的长度和时间，可以计算出水流的平均速度。
6. 实验记录：将实验数据进行记录，并进行实验的重复。
可以在不同的水流流量和通道形状下进行多次实验，以获得更准确的数据。
7. 数据分析：根据实验数据进行分析，比较不同条件下的实验结果。
可以观察到水流在通道中的弯曲程度和速度的关系，并进行推理和解释。
【实验结果】经过实验，我们可以得出以下结论：1. 水流在直线通道中保持直线运动，速度基本保持恒定。
2. 水流在曲线通道中会发生弯曲，且弯曲的程度随着通道曲率的增加而增加。
3. 弯曲的水流在曲线的内侧速度较快，曲线的外侧速度较慢。
变弯的水流实验方法
变弯的水流实验方法我折腾了好久变弯的水流实验，总算找到点门道。
我刚开始就想啊，水都是直流的，怎么能让它变弯呢。
我最先想到的是用东西去挡着水流，就像在路上设个障碍物一样。
我找了个小木板，放在水龙头下面，打开水龙头，水倒是被挡了一下，但那根本不是变弯，而是四处飞溅，搞得一地水，这可真是个失败的尝试。
后来我突然想到摩擦这个事儿。
在生活里，你想改变东西的运动方向，摩擦有时候就能起作用对吧。
我就找了个表面挺粗糙的东西，想着让水顺着这个粗糙面流，说不定就能弯呢。
我找了块砂纸，斜着放在水龙头下，砂纸摩擦力是大，可水一流下就是断断断续续的，根本不能形成那种优美弯曲的水流。
再后来啊，我想到了借助吸引力。
我记得物理课上说过物体之间有重力和吸引力之类的。
我就找了个塑料梳子，在头发上快速摩擦几下，梳子就带上静电了，我想电会吸引轻小的物体，水这么小的分子应该也能被吸引吧。
当我把带电的梳子靠近水流的时候，哎呀，真的看到水流有一点弯曲了，那时候感觉像发现新大陆一样，真是恍然大悟。
不过这弯曲效果不是很明显。
然后我就想能不能让水流受一种持续又稳定的力呢。
然后我又试了用个弯成弧形的吸管。
吸管就像一个特制的通道。
把一端靠近水龙头，水从吸管里流出来的时候，嘿，水流真的按照吸管的弧形变弯了。
这个办法不错，不过要把吸管固定好呢，我就用胶带粘着吸管，这样水流就比较稳定地变弯了。
我感觉这个方法比较靠谱，要是想让水流弯得幅度更大，就把吸管弯得更厉害一点就像给水流设计更弯曲的道路一样。
但是这个过程也有困难，要调整好吸管和水龙头的衔接，不然水会从旁边漏出来或者不能按照想要的弯弯地流出来。
反正，这个变弯的水流实验我是不断地试错之后，才有这些成果的。
不过我还不确定是不是还有更简单或者效果更好的办法呢。
弯道河段水流流态试验研究
进行无量纲化’５ｊ。
回地下水库
图１模型平面总体布置（单位：ｍ）
收稿日期：２００８一０５—２８ 作者简介：刘健，女，沈阳农业大学水利学院，硕士研究生。
万方数据
８２
人 民 长江
２００８年
区，水位达到最高后，受惯性作用的影响，又有降低趋势，这时水
２０￡
道水面呈现扭曲的水面形态，从而导致了弯道水流结构的调整
１：Ｓ
和流速的重新分布。弯道水位等值线见图６。
图２流速空间网格布置（单位：ｍｍ）
Ｌ！！，ｌ 图３流速平面网格布置（单位：ｍｍ）
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［工二［工工］ Ｚ；２ｌｃ“
Ｚ＝１６ｃｏ
卜＋—卜＋＋＿｜ ｛，＿１ｌｃ”
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万方数据
２．２河段横向环流分布 横向环流是在弯道处形成特殊水流现象的决定因素，弯道
水流是三维水流，水流在垂直方向存在径向压力梯度，但是表层 水流和底层水流的向心加速度是不同的。通常表层水流的向心 加速度大于底层水流的向心加速度，因为表层水流的速度大于 底层水流的速度，这样，表层水流趋向于向外运动，而底层水流 则向内运动，靠近河岸处将形成平衡性垂向流速分量，该流速分 量的方向在凸岸向上，在凹岸向下，从而形成了对河床断面产生 很大影响的环流，也就是所谓的弯道螺旋流。
从图９中可以看出，在弯道进口附近，纵向紊动强度较大， 尤其是在弯道进口靠近凸岸处，是紊动强度紊动的核心区，紊动 强度有最大值；同样在弯道出口处，靠近凸岸处同样存在一个纵 向紊动的核心区域，该区域的紊动强度虽为负值，但其绝对值比 附近区域的值要大。
图７河段平面流线分布
弯道环流的原理与作用演示幻灯片
1
河流弯道
弯道是河流广泛存在的 一种形态，其形态与演 变密切关系到防洪、水 利开发、航道治理、港 口利用等，是河流动力 学和地貌学的重要研究 对象。
2
中国河流分布图
3
河道横向侵蚀与横向变形
河道横向侵蚀是指河沟道与流向垂直的两侧方向的 侵蚀，如河岸崩塌，沟道被冲刷而变宽等现象。 横向变性是指河道在与流向垂直的两侧方向上的 变形，是横向寝室的结果。
6
7
弯曲河段水流的横向冲刷原理图
8
弯道环流的作用
河道整治 渠首防沙 限制局部冲淤 提高排沙建筑物输沙能力
9
河道整治：按照河道演变规律，因势利导，调整、稳定
河道主流位置，改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位， 以适应防洪、航运、供水、排水等国民经济建设要求的 工程措施。河道整治包括控制和调整河势，裁弯取直， 河道展宽和疏浚等。
导致横向侵蚀的原因：
1.河沟道纵向侵蚀的影响 2.弯曲河段水流的横向冲刷
4
弯道环流原理
弯道环流原理，又称弯道 环流水沙分流原理。
水流在弯道段内作曲线运 动所产生的离心力，使表 流指向凹岸，底流指向凸 岸，在断面内形成封闭的 横向环流。此环流与纵向 水流结合在一起，形成顺 主流方向呈螺旋形向前运 动的水流。
12
人工环流的原理
人工弯道引起弯道环流的防沙排沙设施，最常用的有 人工弯道式取水及曲线形沉沙池(见沉沙池)。侧面排 沙设施是利用水流转弯泄流时形成的横向环流，增加 排沙量。中国两千多年前修建的都江堰渠首(见都江堰 灌区)中的飞沙堰， 就是利用侧向溢流时产生的人工 环流排沙，从而减少渠道进口，即宝瓶口的进沙量。
图为河流的横向环流
5
由实际观察可知，在天然河道上，一般弯道部分 占80%~90%，所以河道基本上都是弯曲的。河流在 直线河段上的水深、流速、含沙量的分布是比较均 匀的。而在弯道上相反，因离心力的作用，使凹岸 水面雍高凸岸水面降低。这样弯道表层水流由凸岸 流向凹岸，底层水流则有由凹岸流向凸岸，从而形 成横向环流。在凹岸，水流从上向下，且流速较大， 含沙量较小，因受重力的作用，底流中的泥沙便淤 积在凸岸，形成水浅流缓的浅滩。
弯道取水口表层水流速度场数值模拟
GU Pan， MOU Xian － you， ZHANG Wan － feng， ZHENG Yong － peng
（ College of Water Conservancy and Civil Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China）
通过速度云 图 可 以 直 观 看 出，引 水 渠 内 流 速 较 大，无需担心泥沙淤积问题，但在取水口处流速相对 较低，并且流场状态复杂，应特别注意泥沙淤积。同 时，引水渠与主河道相交处（ 图 3 中方框所示） ，流速 变化剧烈，不 利 于 工 程 维 护，应 适 当 进 行 优 化，尽 量 使边线过渡平缓。
参 考 文 献：
［1］ 周素真，马有国，田治宗等． 弯道环流及其在取水防沙 中的应用〔J〕． 农田水利与小水电，1993（ 2） ： 34 － 38．
［2］ 王庆，郭德发． 新疆人工弯道式引水枢纽的设计与运 行〔J〕． 人民长江，2004，35（ 1） ： 74 － 77．
［3］ 张黎，张鹤． 分流对弯道水流水力特性影响的试验研 究〔J〕． 吉林水利，2009（ 6） ： 53 － 56．
Abstract： According to the physical model，3D ultrasonic current － meter is utilized in this paper to measure three － dimensional flow structure directly under different conditions near water intake． Numerical simulation of the two dimension flow has been simulated by using standard turbulent model． Comprehesive analysis，the velocity at the water intake change rapidly． The velocity at the downsteam of water intake significantly reduced． Key words： artificial bend； water intake； numerical simulation
重庆市隘口水库弯道溢洪道水流特性试验研究
根据溢道沿线 地形地质条件 ， 其平面布置
情况 见 图 ｌ 。
塔、 引水隧洞及坝后 电站组成。总库容 ３ ５ ８ ０万 ｍ ， 属 Ⅲ等 中 型 工 程 ， 主 要 建 筑 物 级 别 为 ３级 。
水 库 校核 洪水标 准 为 １ ０ ０ ０ ａ一 遇 （ Ｐ＝ ０ ． １ ％） ，
第３ ２卷第 ３期
２ ０ １ ３年 ６月
四
川
水
力
发
电
Ｖｏ １ ． ３ ２，Ｎｏ ． ３
Ｓ ｉ ｅ ｈ ｕ ａ ｎ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ
Ｊ ｕ ｎ ．， ２ ０ １ ３
重 庆 市 隘 口水 库 弯 道 溢 洪 道 水 流 特 性 试 验 研 究
中图分类号 ： Ｔ Ｖ ７ ； Ｔ Ｖ １ ３ １ 文献标识码： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ １ － ２ １ ８ ４ （ ２ ０ １ ３） ０ ３ － ０ １ ６ ０ － ０ ４
１ 概
述
校核 洪水 位 高程 ５ ４ ８ ． ９ ｍ， 相 应下泄洪水流量 Ｑ
＝
隘 口水库位于重庆市秀山土家族苗族 自治县 隘口镇 ， 是一座以农业灌溉为主， 兼有城镇及农村 人畜供水 、 发电等综合效益的 中型水库 。大坝枢
６ Ｏ
些 垦堡 塑些 垦煎 量些 垦 堕些 垦丝 主些 垦
６ ０ ６ Ｏ ２ ７ ８ ８ ５ １ ． ９ ７ ９ ７ ． ７ ４ ６
根据试验场地及供水能力 ， 将模型几何 比尺 确定为 １ ： ６ ０， 模型采用正态模型 ， 按重力相似准
收稿 Ｅ ｔ 期： ２ ０ １ ３ ０３ － — １ １
模型采用有机玻璃 制作 ， 不仅便 于观察水流 流态 ， 而且能够满足修改和优化 的要求。有机玻
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实验一弯道水流实验
1. 实验目的要求
弯道是平原河流中最常见的局部河段。
弯曲性河流就是由一个个反向河湾与直段连接而成，分汊河流的个别汊道也常常发展为弯道，甚至顺直型河流在枯水季节的河槽也具有弯曲的形状，弯道水流的特征与相应的泥沙运动、河床演变等密切相关。
（1）观察弯道上的水流情况，增加对弯道环流的认识；
（2）了解弯道水流的纵、横向流速分布规律
（3）弯道水面纵、横向比降及凹岸水面超高值的沿程变化规律
2. 实验仪器设备
（1）180度道水槽
（2）流速仪，带刻度可测流向的活动测针架，水位测针，钢卷尺。
（3）模型沙、高锰酸钾，木屑等示综剂。
3.实验准备
（1）启动供水系统，调节进水流量及弯道水槽尾门水位，使实验段水流平稳，水深控制在15—20cm之间；
（2）布置测量断面及测点位置：在弯道内布设0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°等七个测量断面，在弯道槽上、下游直段上分别布设一个测量断面。
（3）放好测架，安装好流速仪及水位测针。
4. 实验步骤
（1）在各个测量断面上两侧（测点距槽壁各5cm）和中轴线上用活动测针测量水面高程。
（2）使用流速仪以三点法测量弯道0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°等七个测量断面的流速与流向。
测量垂线的布置与测量水面高程时相同。
（3）在水面施放木屑及高锰酸钾等示踪剂、床面施放模型沙，观察弯道水流水面、水流内部水质点运动轨迹以及弯道床面推移质泥沙的运动情况。
5. 实验注意事项
（1）弯道水流是典型的三维水流，实验室应注意观察水流及示踪剂、模型沙的运动情况。
（2）测弯道不同断面流速时要及时调整，保持流速仪测桨轴向与测点水流流向一致。
（3）若采用沿流程安装的固定水位测针测量水面高程时，应先按统一的基准面确定各测针零点高程。
6. 实验成果及要求
（1）水面高程测量结果记录于下表：
表1 水面高程测量记录表
（2）流速、流向测量结果列入下表（流速单位：m/ S，流向偏角单位：°）：表2 流速、流向测量记录计算表
（3）比降计算：
纵比降z J =
沿流程水面高程差
流程长度
横比降h J =沿横断面水面高程差
断面宽度
注：断面宽度在这里应取凹、凸两边测量垂线之间的距离。
（4）分析纵、横比降的沿程变化与水流弯曲程度的关系；比较以中轴线为划分的靠凹、凸两岸的两部分横比降。
（5）画出弯道各断面流速分布图，配合示踪剂及模型沙观察结果，分析测点流速的变化，说明水流进入弯道前后变化情况。
7. 实验分析与讨论
（1）比较弯道断面流速分布与顺直段断面流速分布，水明弯道水流的流速分布特点。
（2）弯道不同位置（0º
、30º
、60º
、90º
、120º
、150º
、180º
）流速分布有何不同？ （3）弯道水面纵比降的沿程变化与水流的关系以及弯道凸、凹岸的水面纵比降各有什么特点？
（4）弯道环流强度的沿程变化规律及对输沙的影响如何？
（5）设计实验方案，说明弯道水面形态及超高值的沿程变化与水流（如：流量、水深、流速、弯曲程度）的关系。
（6）设计实验方案，说明弯道水流动力轴线的变化规律。