弯道水流实验指导书.doc

第六章 设计性实验设计性实验即给定实验目的、要求和实验条件，由学生自己设计实验方案并加以实现的实验，通过设计性实验可以实现以学生自我训练为主的教学模式，锻炼学生的思考能力、分析能力和解决问题的能力，培养学生实事求是的科学态度、相互协作的团队精神，勇于开拓的创新意识。使学生全面了解水工流体实验的内容与方法，初步掌握实验基本理论和模型设计方法，能根据实验内容，动手组装量测系统，并结合理论课教学的内容，对实验资料进行分析整理，写出高质量的实验报告，具有利用实验手段进行科学研究及解决工程问题的初步能力。设计性实验一般要求：1学生自由分组，一般每组人数应为5人左右；2按设计性实验的流程，仔细阅读参考书目的有关内容，提前三天写出实验设计方案提交指导老师，设计方案应包括以下内容：你想做什么内容？需要那些设备？实施那些步骤？观测那些数据和现象？如何整理结果？3实验方案经指导老师认可后方可按方案进行实验操作。4实验报告要求以实验研究报告的形式，重点突出，实验过程和现象描述完整、数据充分、论述有说服力。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）弯道水槽图1弯道水槽及测量断面平面布置（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1520cm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(按实际情况确定具体测量断面)，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（按实际情况布置测量断面）。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（示表）： 表1 水面高程测量记录表垂线位置水面高程（m）进口直段0306090120150180出口直段凹岸中轴线凸岸（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测量断面垂线位置水面0.6h床面垂线平均流速流速流向流速流向流速流向0凹岸中轴线凸岸30凹岸中轴线凸岸60凹岸中轴线凸岸90凹岸中轴线凸岸120凹岸中轴线凸岸150凹岸中轴线凸岸180凹岸中轴线凸岸（3）比降计算： 纵比降 横比降 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（0、30、60、90、120、150、180）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注意事项：（1）每个同学参考本实验指导书写好实验预习报告（可用信纸写），实验当天由组长收集上交，实验前抽查实验预习效果；（2）每个实验小组成员商议实验方案，于实验当天提交一份实验设计方案（根据实验设备的情况，我校实验室现有3套弯道水流实验水槽，分别为：1）180。，R=5m，2）90。，R=3m；3）180。，R=2m；要求第1大组、第3大组和第5大组（含各大组中的第1和第2小组）选择弯道1作为设计实验方案用水槽；第2大组、第4大组和第6大组中的第1小组选择弯道2作为设计实验方案用水槽；第2大组、第4大组和第6大组中的第2小组选择弯道3作为设计实验方案用水槽）；（3）实验结束后，打扫实验室卫生；（4）实验报告于实验结束后一周内提交；（5）实验成绩=预习报告（含抽查实验预习效果）+实验操作（含考勤、抽查实验操作）+实验报告（抄袭者总成绩零分处理）。具体乘车安排：时间周次送来时间接回时间组次人数送来上车地点接回上车地点5月25日第13周星期六上午7：50中午12：00第1大组第2大组30人云塘校区综合楼门口金盆岭校区七教后停车坪5月25日第13周星期六中午13：00下午17：00第3大组第4大组30人云塘校区综合楼门口金盆岭校区七教后停车坪5月26日第14周星期日上午7：50中午12：00第5大组第6大组30人云塘校区综合楼门口金盆岭校区七教后停车坪各大组