水工及河工模型试验.共49页
水工与河工模型试验课程设计
水工与河工模型试验课程设计一、背景水工与河工是水利工程专业必修课程之一，其主要目的是让学生了解水流在不同情况下的特性和运动规律，掌握水利工程的基本知识和实践技能。
在学习水工与河工课程时，模型试验是必不可少的一部分，通过模型试验可以更好地理解水利工程的现象和规律。
二、模型试验的作用•理论与实践相结合模型试验是将理论知识与实践操作结合起来的重要方式，在试验过程中，学生能够深入理解理论知识，并且通过实践操作，更好地掌握相关技能，并且加深对理论知识的记忆。
•提高学生的动手实践能力水工与河工课程中需要涉及到很多实际问题，在进行模型试验时，需要学生自行设计实验方案、制作试验装置、搜集相关资料和数据，并进行资料分析和处理，这些都是能够极大地提高学生动手实践能力的过程。
•促进学生团队合作进行模型试验需要学生之间进行团队合作，相互配合，分工合作，达到共同完成实验的目的，这有助于培养学生的团队意识与合作精神。
•对未来研究提供基础模型试验是一个基础性的研究方法，通过模型试验，可以为未来的深入研究提供基础，在研究前需要进行模型试验，对相关问题进行探究和验证，为后续的研究打下基础。
三、课程设计方案1. 实验背景本次课程设计旨在让学生理解水工与河工课程中涉及到的相关现象和规律，通过模型试验，让学生掌握理论知识和实际操作能力。
2. 实验目的•通过实验了解流体力学观测技术；•学习使用实验仪器设备；•了解水流的特性，如流量、速度、压力等；•掌握常见的水工与河工模型试验方法。
3. 实验内容本次模型试验主要是以单孔水闸为研究对象，通过实验让学生掌握流体力学观测技术，实验内容包括：•制作单孔水闸模型装置；•测量水流量、速度和压力等参数；•分析实验数据；•撰写实验报告。
4. 实验步骤步骤一：制作单孔水闸模型装置具体实验步骤如下：1.根据实验要求，制作符合相关要求的单孔水闸模型装置；2.完成水闸连接管道和水泵等设备的设置；3.准备好着手处理数据所需的电路设备并进行连接；4.领取实验所需的相关材料和装备，并将其准备好。
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。
水工及河工模型试验
3.3 水动力现象相似准数的确定方法
一、方程分析法
微分方程式 定解条件
v v du v F Ma M dt
相似变换
相似准数
例1：牛顿相似准数推导
F t 1 m u
3 l
Ft Ft idem K Mu P Mu m
m V
相似第三定理实际上就是模型试验结果如何整理、 推广到原型的理论。
相似理论的意义 相似理论实质上是指导模型试验的理论。 按照相似理论，我们在模型试验中，必须满足 定解条件相似，必须使相似准数相等，应当采 集相似准数中所包含的各个物理量，并且将试 验成果整理成相似准数之间的函数关系式，这 样才可以将它们推广到原型中去。
运动方程(雷诺方程):
2 u u ux ux u x u x u 1 p xu y 2 x xu z ux uy uz gx ux t x y z x x y z 2 u y u y u y u y u u u u u 1 p ux uy uz gy 2u y y y z y x y t x y z y z x 2 u u u u u z u z u z u z u 1 p z y ux uy uz gz 2 u z z z x t x y z z x y z
u u zm t tm l xm ym zm p 1 pm u g g zm 2 m 2u zm l m zm l
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水工结构模型试验资料word精品文档55页
水工预应力闸墩结构模型试验资料华北水利水电学院目录1 概述 (1)1.1 工程概况 (1)1.2 基本资料 (1)1.3 模型试验研究的目的和任务 (2)2 模型设计 (5)2.1 模型设计的基本理论 (5)2.1.1 模型设计的基本理论 (5)2.1.2 模型试验的相似条件 (8)2.2 结构模型试验相似常数的确定 (8)2.3 模型的简化 (9)2.4 模型结构详图 (10)3 模型材料试验研究 (10)3.1 模型混凝土配合比试验研究 (10)3.1.1 模型混凝土最大骨料粒径的确定 (11)3.1.2 模型试验材料的选择 (12)3.1.3 试验仪器和试验方法 (12)3.1.4 模型混凝土力学性能研究 (13)3.1.5 模型混凝土力学性能测试结果 (13)3.2 模型钢筋的选择及布置 (15)3.2.1 模型构造钢筋的选择及布置 (15)3.2.2 模型预应力钢筋的选择及布置 (17)4 加载系统及加载流程 (19)4.1 加载系统 (19)4.1.1 预应力加载 (19)4.1.2 水压力的模拟 (20)4.1.3 自重荷载的施加 (22)4.2 试验的加载流程 (22)4.2.1 加载前的准备工作 (22)4.2.2 加载顺序 (23)5 测试系统 (25)5.1 电阻应变片的布片方式 (25)5.1.1电阻应变片的布片位置 (25)5.1.2电阻应变片的类型 (26)5.1.3电阻应变片的布置方法 (26)5.1.4电阻应变片的布片数量 (27)5.2 测试仪器 (27)6 试验结果的整理和分析 (28)6.1 应力的计算方法 (28)6.1.1 变形模量的取值 (28)6.1.2 混凝土泊松比的取值 (29)6.1.3 剪切模量 (29)6.1.4 模型应力的计算方法 (29)6.2 模型试验工况 (30)6.3 附加应变处理方法 (30)6.3.1 自重应力产生的附加应变的处理方法 (30)6.3.2 预应力产生的附加应变的处理方法 (31)6.4 施工期的试验结果及分析 (31)6.5 双侧关门荷载作用下的试验结果及分析 (32)6.6 一侧开门、一侧关门荷载作用下的试验结果及分析 (32)6.7结构破坏试验和超载能力的确定 (46)7 模型试验结果与有限元计算结果的对比分析 (47)7.1 原形计算模型与试验模型的差异 (47)7.2 计算结果与试验结果的简单对比分析 (47)7.2.1 施工期荷载作用下闸墩颈部表面的结果对比 (47)7.2.2 施工期荷载作用下闸墩锚块的结果对比 (48)7.2.3 双侧关门(工况一)荷载作用下闸墩颈部表面结果对比 (48)7.2.4 双侧关门(工况一)荷载作用下闸墩锚块结果对比 (49)7.2.5 一侧关门、一侧开门（工况二）荷载作用下闸墩颈部表面结果对比 (49)7.2.6 一侧关门、一侧开门（工况二）荷载作用下闸墩锚块结果对比 (49)7.2.7 小结 (49)8 结论与建议 (51)8.1 本次模型试验的特点 (51)8.2 结论 (51)8.3几点建议 (53)1 概述1.1 工程概况某抽水蓄能电站，位于辽宁省宽甸满族自治县境内，距丹东市约60km,该电站是我国东北拟建中的第一座大型抽水蓄能电站，总装机容量为1200MW，单机容量为300MW，共4台机组。
水力学实验4.水工及河工模型试验理论基础
u 0 1
l01 t 01
u
u01 u01
l01 t01
l01 l t01 t
ut 1（相似指标） ut ut idem K（相似准数）
l
l p l m
❖ 两体系运动相似，要求相似指标等于1，或相似准数等于某 一常数。物理量比尺之间相互制约，不能全部任意指定。
4.1 相似现象及相似概念
量之间保持一定的比例，其相似指标为1或它们的各种相似准
数的数值相等。
❖ 例：牛顿相似律：
v F
Mav
M
duv
r
原型：Fp
r
Mp
r du p dt p
dt
r
模型：Fm
r
Mm
r dum dtm
F
Fr p Fm
,
m
Mp Mm
,
u
u r
p
um
,
t
tp tm
相似变换
F t （1 相似指标） mu
Ft Mu
P
第四章 水工与河工模型试验理论基础
4.1 相似现象及相似概念
一、相似的定义及含意
❖ 定义：两个物理体系的形态和某种变化过程相似，即不仅 静态相似，动态也相似；形式相似，内容也相似。
❖ 相似的含意 ➢ 相似：在几何相似的系统中，各相应点上发生着物理本 质相同的过程，并可用相同的物理方程来描述。 ➢ 模拟：两个体系的物理性质不同，但遵循同一数学规律， 通过对一种物理现象的研究去了解另一物理现象的方法。
uzm ym
uzm
uzm zm
g
g zm
p l
1
m
pm zm
u l2
m2uzm
2 u
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。
河工模型试验PPT课件
精品课件
1
第3章 河工模型试验
3.1 正态定床河工模型 3.2 变态定床河工模型 3.3 动床河工模型 3.4 推移质动床河工模型 3.5 悬移质动床河工模型
精品课件
2
3.1 正态定床河工模型
相似条件
➢ 满足重力相似
流速比尺：
u
1/ l
2
流量比尺： Q
5/ l
2
时间比尺：
变态。综合考虑后选定变率为5，即取 h 100
3、按惯性力重力比相似要求：
u
1/2 h
10
4、按阻力重力比相似要求：
n
2/3 h
1 2 l
0.96
精品课件
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变态模型设计实例
本河段枯水期的原型糙率为0.0204~0.0329，中洪水期 的原型糙率为0.0206~ 0.0255，要求模型糙率为：
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16
变态模型设计实例
试验研究的内容
某平原河流浅滩段航槽不稳，水深不足。按航运要求 应使现有最小航深再提高0.6m，决定采用整治措施，整治 方案是：固定上游右岸边滩，并在过渡段两侧压缩和导引 水流扩大固定缺口，以增加航深。
精品课件
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变态模型设计实例
试验方案及模型布置
1、采用定床模型，修建工程后河床可能发生的冲淤变 化可由流速、流向、单宽流量分布、流态以及水面比降 的变化情况进行推论。
张有龄公式：n0.0166d16 天科所公式：n0.0133d16
密排加糙后模型有效水深与实际水深的关系为：
hh (0 .2~0 .3 )d
颗粒有间距排列加糙（梅花加糙）——须做预备试验
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4
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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。