内科大水力学实验指导02明渠水力学综合型实验.docx

实验项目二：明渠水力学综合型实验在两根40cm宽的玻璃水槽内进行，整个实验系统包括循环水系统（由水泵房、地 下水库、而位水箱、输水管道、各种管配件、回水沟等组成）、首部流量控制系统、钢结 构玻璃水槽、固定堰体和活动堰体（或闸门）、尾门控制系统以及水位、压力、流速、流 量量测仪器等，在原有设备的基础上，引入传感器、信息处理及自控仪器等新设备、新 技术，力求实现具有计算机过程仿真、数据在线采集和控制的功能。拟改造后的实验装 置既可以测定实用堰、宽顶堰（或闸门）在不同水头、不同淹没度下的流量系数和堰面 压力分布，又可以量测缓流或急流断面的流速分布，水跃的共朝水深和长度，还可由学 生自行设计堰型曲线并在水槽中测出流量系数和堰面压力分布，进而作出自我评价。当 学生学过相似原理和模型实验一章后，还可让学生根据水口水电站实际工程数据，自行 设计溢流坝模型，自行实验量测，并根据相似律把模型的量测的物理量换算为原型量， 撰写出完整的实验报告。（一）水跃参数测定实验一、实验目的：1 . 了解各种水跃水流结构的基本特征2 .掌握测定水跃各在素的基本方法3 .观察并描述各种形式的水跃现象（远驱式、临界式、淹没式）4 .测定非淹没式水跃的主要水力参素：共挽水深h，及水跃长度Lj,水跃中的能 量损失，并将理论计算值与经验公式进行对比，验证矩形明水跃理论的正确性。二、实验设备及示意图：安装有实用堰和宽顶堰的玻璃水槽、活动测车、钢板尺完全水跃示意图三、理论简述：水跃是指明渠水流由急流过渡到缓流状态时，形成的局部水面突然跃起的水力现象。 即在较短的范围由小于临介水深包的跃前水深/?急剧跃到大于hk的跃后水深he,同时 在这段水流的上部存在急剧掺气的表面漩滚区之下为急剧减速扩散的主流区，这是自由 水跃的典型状态。明渠水流中水深从小于hk过渡到大于hk时，在水流表面上可看见水跃。(1) 水跃共挽水深的计算公式：式中：h 水跃的跃前水深，h 水跃的跃后水深q单宽流量，q = *B为过水断面宽度。(2)跃首急流的弗洛德数；小第gh(3)水跃长度的经验公式：Lj =6.9(h-h)(4)水跃的能量损失AEE = (z ÷-(A ÷ 2g2g当跃进前水深的弗洛德数略大于1 (1(尸 <1.7 时不能产生完整水跃，水面没 有漩滚，仅出现一系列起伏的单波，经长距离后才消失，此为波状水跃，消能效果差。在堰闸下游收缩断面水流为急流，而下游河床多为缓流，常以水跃接，水跃的位 置决定于坝址收缩断面水深儿的共枕水深区”与下游水深九的相对大小，可能出现 三种不同的衔接形式。1、临界式水跃衔接2、远驱式水跃衔接3、淹没式水跃衔接四、实验步骤：1、记录有关常数。2、打开首部量水堰阀门，向槽中放入适当的流量，调节尾部阀门，便槽中形成 远驱水跃、临界水跃和淹没水跃，仔细观察，描绘出各种形式的水跃现象图，并作适 当说明。3、调节进水阀门及尾部阀门，使堰脚形成临界水跃。4、当水流稳定后,用活动测针测出跃前水深Zf ,跃后水深厅'及水跃长度Lj,并测出上游来水流量。5、改变下游水深及流量，再测一次临界水跃的各参数。6、计算及绘图。五、注意事项：1、跃尾断面水跃波动厉害，用测针测量水面高度时，应取其最高值与最低值的 平均值。2、跃尾断面应选择在表面漩滚消失的位置。六、思考题：1、水跃位置为什么会推前移后？怎样才能使它推前与移后？在实际工程中又 如何做？2、在一定的流量下，调节阀门开度，使水跃推前移后，试分析这种变动跃长和 跃高有什么影响？记录与计算表格玻璃水槽宽度B=cm矩形量水堰测针零点读数V1=cm玻璃水槽槽底测针零点读数V2=cm实验序号实测流量共扼水深水跃长度Cm水跃高度Cm矩形堰 上游测 针读数cm形上水Cm 矩堰游c流量 cm3s跃前断 面测针 读数cm跃前水 深Cm跃后断 面测针 读数cm跃后水 深Cm12345（二）实用堰流量系数测定实验一、实验目的：1、 观察实用堰的过流形态；2、 测定某一堰形的流量系数m,并绘制流量系数m与堰上水头H的关系曲线。3、 观察当H>Hd时，堰面水流的脱离现象，并比较出现真空与不出现真空时的流 量系数。图曲线型实用堰二、实验设备：装有实用堰的明渠玻璃槽与活动测针车。三、实验公式：此堰形为WPS堰顶设计水头Hd=Cm上游堰高P产cm堰宽B=Cm计算公式：m =二 5（淹没、无侧收缩出流）B板HIPi上游堰高Q流量Hd设计水头m流量系数B一一槽宽Ho堰前总水头1、响实用堰泄流能力的泄主要因素是：堰的几何形状和堰上水头。曲线形实用堰的剖面近似于自由跌落有水舌下 曲线，因而有较好的泄力，流 量系数机主要决定于堰顶曲线段的型式和堰高和水头的比值p/Hd。设计时，确定了 设计水头Hd后，才能确定实用堰剖面顶部的尺寸。2、对于WPS型标准剖面，Hd=H0时,而且PHd>1.33时，设计流量系md=0.502。 实际过流时，当H0>Hd时，堰上水股有脱离堰面的趋势，堰面出现负压，增大过流 能力。H0<Hd时，堰面上压强增大，实际作用水头便过流能力减小。四、实验步骤：1、打开首部进水阀门和尾门，调节某一流量并保持自由出流。2、水流稳定后，读出首部量水堰上测针读数，算出矩形堰上测针读数并查矩形量水 堰上水头流量关系曲线，得出通过的相应流量。3、调节实用堰前测针，读出实用堰前测针读数，即可得出堰前水头及堰前水深。4、算出实用堰前行进流速：P0=-,求出HOU b(H + p)5、计算流量系数:6、调节出46个不同的流量，测出相应的加值。7、 量测过程中，当实用堰前水头超过8厘米时，注意堰顶水流脱离现象。8、 实验结束后关闭阀门。五、注意事项：1、 堰上水头量取的断面一定要在超过堰前35倍水头距离的位置上。2、 测读数值需待水流稳定后方可进行。水槽宽度B=cm,矩形量水堰堰口测针读数 V0 =实用堰堰形：WPS 实用堰堰顶测针读数V =实用堰高度 P= Cm实用堰设计水头Hd= Cm参数123456矩 形 堰水面测针读数cm堰上水头h(cm)流量 Q(cm3s)实 用 堰水面测针读数 (Cm)堰上水头H (cm)上游水深(cm)行近流速堰上总水头 (Cm)H0Hd流量系数绘制实用堰流量、流量系数与堰顶水头的关系曲线。(三)宽顶堰流量系数测定实验实验目的、设备、公式、步骤、注意事项、实验记录和计算表格均与(二)实用堰流量 系数测定实验相类似，请同学自行编写。