中文名稱(chēng) | 水工模型實(shí)驗(yàn) | 外文名稱(chēng) | Hydraulic model experiments |
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作用 | 模擬水流 | 應(yīng)用 | 水工建筑物等 |
分類(lèi) | 整體、單項(xiàng)整體和斷面模型 | 發(fā)展 | 水力學(xué)理論 |
(1)模型的規(guī)劃設(shè)計(jì)和制作。按所研究問(wèn)題的性質(zhì)和任務(wù),選定模型的類(lèi)型和比尺,進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)。在試驗(yàn)場(chǎng)地,用水泥、砂石、木材、鋼材、塑料等材料或制品制作模型。
(2)布置測(cè)試系統(tǒng)。按照模型試驗(yàn)要求,在預(yù)定區(qū)域或斷面上布置測(cè)點(diǎn),設(shè)置量測(cè)水位、流速、流量、壓強(qiáng)、流態(tài)、地形的儀器設(shè)備,并取得原始測(cè)讀數(shù)據(jù)。
(3)進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)。用已有資料驗(yàn)證模型中水流是否與原型相似,必要時(shí)對(duì)模型進(jìn)行修正,如進(jìn)行河道模型試驗(yàn)時(shí),要對(duì)河床糙率n值按實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證,以保證其相似性。
(4)進(jìn)行試驗(yàn)研究。如系工程試驗(yàn),一般先進(jìn)行原設(shè)計(jì)方案的試驗(yàn),觀察水流流態(tài),量測(cè)各項(xiàng)水力要素。針對(duì)原布置方案的問(wèn)題,參照已有工程經(jīng)驗(yàn)及科研成果,對(duì)模型進(jìn)行修改,逐步優(yōu)化。最后對(duì)選定方案進(jìn)行總結(jié)試驗(yàn)。對(duì)研究課題則按擬定的試驗(yàn)研究提綱進(jìn)行。
(5)分析資料,編寫(xiě)報(bào)告,提出相應(yīng)的建議。試驗(yàn)設(shè)備及儀器 包括試驗(yàn)場(chǎng)所、供水系統(tǒng)、專(zhuān)用設(shè)備和測(cè)量?jī)x器等。
(1)試驗(yàn)場(chǎng)所有:①室內(nèi)試驗(yàn)廳,一般為綜合試驗(yàn)大廳,可布置幾個(gè)模型同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。②露天試驗(yàn)場(chǎng),進(jìn)行河工、港工及大型水利、水電樞紐的整體模型試驗(yàn),需要較大的試驗(yàn)流量及場(chǎng)地的模型試驗(yàn),往往在露天試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。③工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)場(chǎng)所,可利用工程現(xiàn)場(chǎng)大流量、高水頭等有利條件進(jìn)行高速水流問(wèn)題研究及在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工程的導(dǎo)流截流試驗(yàn)。
(2)供水系統(tǒng),有自流式和循環(huán)式兩種。①自流式供水系統(tǒng)利用閘、壩、瀑布及渠道的水位落差引水至試驗(yàn)室,試驗(yàn)后的尾水不再重復(fù)利用。②循環(huán)式供水系統(tǒng)包括蓄水池、平水塔、配水管、量水設(shè)備、回水管(槽)、沉沙池、水泵等,模型試驗(yàn)用水循環(huán)使用,見(jiàn)圖。(3)專(zhuān)用設(shè)備包括:①試驗(yàn)水槽,如進(jìn)行二維水流試驗(yàn)的玻璃水槽,進(jìn)行波浪試驗(yàn)的波浪水槽等。②活動(dòng)水槽,即底坡可以變動(dòng)的水槽,用以研究糙率、推移質(zhì)、高速水流摻氣等問(wèn)題。③高水箱,用于進(jìn)行泄洪洞、壩身深孔進(jìn)水口及深水閘門(mén)水力學(xué)特性、摻氣減蝕及振動(dòng)等的試驗(yàn)研究。④減壓箱、循環(huán)水洞、文丘里管等。
(4)量測(cè)儀器,有測(cè)針、測(cè)壓管、測(cè)壓計(jì)、畢托管、文丘里流量計(jì)、量水堰、自動(dòng)水位儀、壓力自動(dòng)巡回檢測(cè)儀、電磁流量計(jì)、測(cè)速儀(光電式、旋槳式、熱線熱膜式、激光式)、水下地形測(cè)量?jī)x(電阻式、光電式及超聲波式)、脈動(dòng)壓力傳感器、摻氣濃度儀、振動(dòng)加速度儀、位移計(jì)等。多數(shù)儀器要經(jīng)過(guò)率定,保證試驗(yàn)所要求的精度。目前已開(kāi)發(fā)出用微機(jī)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行自動(dòng)控制及對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理的系統(tǒng)。
1870年W.弗勞德(W.Froude)首先按水流相似準(zhǔn)則進(jìn)行了船舶模型試驗(yàn)。1885年O.雷諾(O.Reynolds)利用重力相似準(zhǔn)則進(jìn)行了河口潮汐模型試驗(yàn)。1898年H.恩格斯(H.Engels)在德國(guó)建立了世界上第一座水工試驗(yàn)室,進(jìn)行了河道模型試驗(yàn)。20世紀(jì)以來(lái),水工模型試驗(yàn)技術(shù)得到更大的發(fā)展,各國(guó)建立了許多著名的水工試驗(yàn)室,如法國(guó)的夏都(Chatu)、荷蘭的臺(tái)爾夫特(Delft)、美國(guó)的陸軍工程兵團(tuán)水道試驗(yàn)站(Waterway Experimental Station)、前蘇聯(lián)的全蘇水工研究院(ВНИИГ)等。中國(guó)第一座水工試驗(yàn)所于1935年在天津建成,同年籌建了南京中央水工實(shí)驗(yàn)所。1949年以后,隨著水利水電建設(shè)的發(fā)展,在中國(guó)各大科研院所、流域機(jī)構(gòu)、水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院、高等院校都相繼建立了水工試驗(yàn)室。
(1)按模型的范圍分有整體模型、單項(xiàng)整體模型和斷面模型。整體模型模擬整個(gè)水利、水電樞紐及其上、下游鄰近河段的全部水流,主要應(yīng)用于水利、水電樞紐布置設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證、優(yōu)選和優(yōu)化試驗(yàn),泄水建筑物上、下游水流銜接、消能防沖、防淤的試驗(yàn),過(guò)壩建筑物上、下游引航道水流條件的試驗(yàn)等。整體模型采用的比尺一般為1:50~1:150。單項(xiàng)整體模型模擬單項(xiàng)水工建筑物的水流,主要應(yīng)用于各類(lèi)泄水建筑物、水電站進(jìn)水口、引水建筑物等的體型布置、過(guò)流能力、水流條件、消能效率等的試驗(yàn),調(diào)壓室波動(dòng)試驗(yàn),壓力管道的水擊模型試驗(yàn)等。單項(xiàng)整體模型的比尺一般采用1:20~1:100。斷面模型模擬水工建筑物的一部分水流,可在透明水槽或水管中進(jìn)行試驗(yàn)。主要應(yīng)用于過(guò)流邊界壓力及脈動(dòng)壓力試驗(yàn)、二元水躍消能防沖試驗(yàn)等。斷面模型的比尺多為1:10~1:50。
(2)按模型水平比尺和垂直比尺是否相同分為正態(tài)模型和變態(tài)模型。正態(tài)模型的水平和垂直比尺相同,為多數(shù)水工模型試驗(yàn)所采用。變態(tài)模型的水平和垂直比尺不同,以保持大范圍水力學(xué)模型中有一定水深,主要用于河道或港灣的模型試驗(yàn)。水平和垂直比尺之比稱(chēng)為變率,一般在1:2~1:10之間,如相差過(guò)大就可能改變模型中水流的流態(tài)、流速和壓強(qiáng)分布。
(3)按模型水流是否含沙分為清水模型和渾水模型,后者又稱(chēng)為泥沙模型試驗(yàn),可應(yīng)用于河道、水庫(kù)、沉沙池、上下游引航道的泥沙沖淤試驗(yàn)。
(4)按模型水面所受氣壓的大小分為常壓模型試驗(yàn)和減壓模型試驗(yàn)。常壓模型試驗(yàn)的模型水面所受的氣壓為大氣壓力,適用于多數(shù)水工模型試驗(yàn)。減壓模型試驗(yàn)的模型水面所受的氣壓低于大氣壓力,氣壓大小按模型比尺縮小,需將模型放置在減壓箱內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn),適用于空化試驗(yàn)。
(5)按河床水流邊界是否固定分為定床模型試驗(yàn)和動(dòng)床模型試驗(yàn)。定床模型試驗(yàn)中的水流邊界是固定的,不受水流沖淤的影響,而動(dòng)床模型試驗(yàn)中河床的水流邊界由可沖刷材料組成,以研究河床以及泄水建筑物下游地形的沖淤變化。
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首先要確定制作比例,就是你打算做多大?再就是選取那種材料進(jìn)行制作;根據(jù)確的比例進(jìn)行開(kāi)料、拼接、上色及組裝等制作流程。
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評(píng)分: 4.5
福生水電站采用底流式消力池消能。其特點(diǎn)是水頭低、流量大,是典型的低佛氏數(shù)消能,加之自由溢流壩、翻板門(mén)泄水閘、沖沙閘聯(lián)合泄洪,因此翻板門(mén)運(yùn)行工況有無(wú)限制、泄流能力及消能效果能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求就需要進(jìn)行深入研究。經(jīng)過(guò)斷面模型試驗(yàn),優(yōu)化了輔助消能工布置,改善了流態(tài),縮短了池長(zhǎng),提出了翻板門(mén)小洪水工況下的不穩(wěn)定流范圍,為設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
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采用正態(tài)整體模型,按重力相似設(shè)計(jì)原理建立荔波平林水電站水工物理模型。針對(duì)溢洪道運(yùn)行的水力特性和體形結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)研究,測(cè)試工程在洪水期運(yùn)行是否滿(mǎn)足泄洪要求,優(yōu)化了左邊孔左邊墩與下游廠房外墻連接型式,增強(qiáng)了泄水建筑物的安全性和合理性,使泄洪流態(tài)更平順,滿(mǎn)足消能防沖要求。并根據(jù)可預(yù)見(jiàn)在原型上發(fā)生的不利水流現(xiàn)象,優(yōu)化原有設(shè)計(jì)提出預(yù)防和控制措施。
中心下設(shè)水力學(xué)及流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、水工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、水利水電計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)田水利與水環(huán)境實(shí)驗(yàn)室、工程泥沙實(shí)驗(yàn)室、水電站過(guò)渡過(guò)程與控制實(shí)驗(yàn)室、水文水資源實(shí)驗(yàn)室、水工結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室、水工模型實(shí)驗(yàn)室等10個(gè)實(shí)驗(yàn)室。其中固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室與土木建筑學(xué)院共建。
該刊主要內(nèi)容為各地水利實(shí)驗(yàn)的報(bào)告,該實(shí)驗(yàn)報(bào)告分甲、乙二種,甲種為水工模型實(shí)驗(yàn),共出12號(hào),乙種為水工研究,共出2號(hào),每號(hào)后附英文摘要及英文出版信息。載文有“導(dǎo)淮入海水道楊莊活動(dòng)壩模型試驗(yàn)”、“四川洪雅花溪渠幹渠跌水模型試驗(yàn)”、“陜西澇惠渠工程計(jì)劃之研究”。
《中央水利實(shí)驗(yàn)處研究試驗(yàn)報(bào)告》,是一份水利實(shí)驗(yàn)刊物,該刊的創(chuàng)辦對(duì)于水利技術(shù)的傳播和應(yīng)用具有重要作用,對(duì)國(guó)家水利建設(shè)也具有重要的指導(dǎo)意義,同時(shí)也有利于水利學(xué)術(shù)的發(fā)展。此外,該刊保存的大量水利建設(shè)資料,對(duì)了解民國(guó)時(shí)期的水利建設(shè)情況也具有重要的價(jià)值。 2100433B
水力自控翻板閘門(mén)是我國(guó)水利工程技術(shù)人員歷經(jīng)四十多年的艱苦奮斗,研發(fā)出來(lái)并擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種節(jié)能、環(huán)保型閘門(mén)。自上世紀(jì)六十年代初第一代水力自控翻板閘門(mén)誕生,先后經(jīng)了橫軸雙支鉸型、多支鉸型、滾輪連桿式和滑塊式水力自控型四個(gè)發(fā)展階段。自1982年以來(lái),第三代滾輪連桿式閘門(mén)便開(kāi)始廣泛應(yīng)用。特別是1990年以來(lái),廣大工程技術(shù)人員刻苦鉆研、反復(fù)實(shí)驗(yàn),從理論到水工模型實(shí)驗(yàn),再到工程實(shí)踐,近幾年終于設(shè)計(jì)研發(fā)出第四代新型滑塊式翻板閘門(mén)。該閘門(mén)無(wú)論技術(shù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝,還是使用性能,均產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。
從技術(shù)角度上來(lái)講,翻板閘門(mén)發(fā)展過(guò)程中幾個(gè)明顯的進(jìn)步:
(1)1982年初設(shè)計(jì)的面板鉛垂水流方向的雙支點(diǎn)滾輪連桿式閘門(mén):該種翻板閘門(mén)采用雙支點(diǎn)帶連桿方式,在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,能基本滿(mǎn)足工程需要。但不容否認(rèn),這種閘門(mén)還存在一些不足,主要是在某些水力條件下容易發(fā)生小開(kāi)度振動(dòng)拍打現(xiàn)象,雖然短期內(nèi)不至影響到整個(gè)閘壩的安全,但長(zhǎng)期的小開(kāi)度振動(dòng)拍打會(huì)導(dǎo)致翻板閘門(mén)底部和固定壩的疲勞破損,以致閘壩漏水嚴(yán)重,直至造成整個(gè)翻板閘壩工程的破壞。另外,其初啟動(dòng)水位較高、而回關(guān)水位偏低,難以滿(mǎn)足用戶(hù)的使用要求。
(2)1983年下半年設(shè)計(jì)的面板向下游有一定的預(yù)傾角度的滾輪連桿式閘門(mén):
針對(duì)面板鉛垂的滾輪連桿式閘門(mén)存在的問(wèn)題,作了如下幾個(gè)方面的改進(jìn):
a)將翻板閘門(mén)改進(jìn)成向下游預(yù)傾一個(gè)角度的型式,經(jīng)過(guò)多次水工模型試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),證明其能有效防止翻板閘門(mén)的小開(kāi)度振動(dòng)拍打現(xiàn)象,并使初始啟門(mén)水位得以降低,關(guān)門(mén)水位得以提高;b)門(mén)下堰頂設(shè)有一個(gè)斜坡式跌落,使門(mén)下的堰型由寬頂堰改造成為梯形斷面實(shí)用堰,增大了流量系數(shù),使上游洪水位低于采用其它形式的翻板閘門(mén)的情況,減少了淹沒(méi)損失;
c) 在連桿長(zhǎng)度及支鉸位置、滾輪直徑方面作多次修改和調(diào)整,運(yùn)行更加準(zhǔn)確可靠。而且翻板閘門(mén)的啟門(mén)水位可以根據(jù)業(yè)主要求設(shè)計(jì)為高于正常水位5~30cm之內(nèi)的任一值,設(shè)計(jì)成果與實(shí)際使用的水位差值可控制在5cm以?xún)?nèi),一般只有一、兩個(gè)厘米;
d)在閘門(mén)前增設(shè)防護(hù)墩,防護(hù)墩可以有效防止上游來(lái)物撞擊閘門(mén)及漂浮物堵在閘門(mén)支鉸下造成破壞。
經(jīng)近40年全國(guó)近30個(gè)省市實(shí)例工程的運(yùn)行證明,該種面板有預(yù)傾角的滾輪連桿式翻板閘門(mén)已相當(dāng)成熟可靠,具有廣泛推廣應(yīng)用的價(jià)值。2100433B