河海大水工建筑物实验指导03坝面压力和坝下消能水力学实验

实验三坝面压力和坝下消能水力学实验

前修课程：水力学、水工建筑物开课对象：水力水电工程专业学生一、实验目的实验装置主要模拟各种坝工消能方案，对挑流消能、底流消能、戽流消能等多种消能方式的水流形态进行演示，可对水位、水深、流速、压力等物理量分别采用常规方式及电测方式进行量测。并可通过计算机进行数据采集和分析，计算、比较各种消能方式下的消能率、建筑物表面的压力分布、过流断面的流速分布。通过实验，学生可从直观上了解水工建筑物上、下游水流的衔接方式和各种方案的消能原理，通过溢流坝的底流、挑流、消力戽消能实验以及坝面压力量测，可加深对本课程中有关理论的理解。增强判别消能效果及坝荷压力的感性知识。巩固和验证所学的理论知识，拓宽学生的知识面，培养学生观察和分析水流现象的能力，掌握常规量测仪器的使用方法，提高动手、创新能力和科学研究技能。二、装置说明根据实验目的和要求，实验水槽采用矩形断面的平底渠道，渠长约6000mm，宽300mm，高500mm。渠尾装有可开关的控制尾门，用于调节下游水位。渠首装有调节流量的控制阀门及可调节高度的溢流槽。在渠上设有滑车测架，用来固定测针、毕托管和其它测杆。堰形为实用堰，堰面采用WES曲线，堰高320mm，堰顶设计水头80mm，曲线下接1：0.7的直线段，下接可装卸的消能工。设计流量Q=15l/s。可容易装卸的各种活动消能工型式，可分别摸拟挑流消能、面流消能、底流消能、戽流消能等多种消能方式的水流形态。三、底流消能试验（一）仪器设备钢尺一根、滑车侧针一架、测压板、消力池型式2套、毕托管及压差计、小铁盒一套。（二）实验要求通过观测不同的底流消能形式的水流流态，了解底流的水跃特性，测量坝面压力、水跃长度、跃前和跃后水深及下游跃后流速分布等水力参数。绘出坝面动水压力分布和底流消能流态图并做简要的比较分析。（三）实验步骤1、安装底流消能工型式,检查准备工作。2、打开尾门，开泵。3、开进水闸、调节进水闸或溢流槽高度使堰上水位至所需要的实验水位（设计水位）。4、用尾门调节槽内水深使水流产生完整水跃。5、测量水跃各要素（水跃长度，跃前、跃后水深）。6、通过测压板量测坝面压力。7、通过毕托管量测跃后水槽过水断面的流速分布。8、各测量项目完成后关闭进水闸门，关泵。9、换另一种底流消能型式。10、重复2～8步骤。11、清理实验场地。12、实验结束。（四）注意事项1、慢慢调节进水闸，使堰上水位稳定保持至实验水位时，再调节尾门，待水跃稳定不再前后移动时再测。2、各个测压管连接毕托管的橡皮管不能含有气泡。3、毕托管必须正对水流方向并不能露出水面。4、毕托管每次上提后，必须稍等一会，待玻璃管中水面稳定后再读数,可从底部开始测量，以后逐步上提，每次提高（h/5～h/6），共测5～6点。四、消力戽消能实验（一）仪器设备钢尺一根、滑车侧针一架、测压板、消力戽消能工型式两套、毕托管及压差计、小铁盒一套。（二）实验要求实验要求观测两种消力戽可能发生的各种水流衔接形式和流态。量测产生上、下临界戽的坝上、坝下水位及流量。针对某一稳定戽流量测坝面压力、坝下水面线及流速分布、分析戽流消能特点。绘出坝面压力和消力戽消能流态图。（三）实验步骤1、安装消力戽消能工，检查准备工作。2、打开尾门，接通电源开泵。3、调节进水闸或溢流槽高度，使堰上水头至所需要的试验水位（设计水位）。4、调节尾门，观测槽内不同水深所产生的不同的消力戽水流流态，量测自由戽流、下临界流、上临界流和淹没戽流所对应的下游水位。5、在上、下临界戽流之间，对某一下游水深通过毕托管量测断面的流速分布。6、通过测压板量测坝面压力分布。7、各测量项目完成后关闭进水闸门，关泵。8、换另一种消力戽消能型式9、重复2～7步骤。10、清理实验场地。11、实验结束。（四）注意事项量测压力及流速要注意的事项同底流消能。五、挑流消能试验（一）仪器设备钢尺一根、滑车侧针一架、测压板、连续式挑坎和差动式挑流鼻坎各1套、毕托管及压差计、小铁盒一套。（二）实验要求实验要求分别观测连续式挑坎和差动式挑流鼻坎的水流流态，在设计水位下量测挑流水舌形态、挑距。量测坝面压力及挑流冲击点的河床压力。量测下游断面流速分布。通过实验，分析比较连续式和差动式鼻坎的消能情况，给出流态示意图。（三）实验步骤1、安装挑流鼻坎，检查准备工作。2、打开尾门，接通电源开泵。3、调节进水闸，使堰上水头至所需要的试验水位（设计水位）。4、调节尾门，使坝下游槽内水位低与挑坎高程。5、针对某一下游水位，量测挑流抛射高度、距离、入水角度。6、通过测压板量测坝面压力分布及挑射水流冲击点压力分布。7、量测下游断面流速分布。8、换另一种挑流鼻坎型式。9、重复2～7步骤。10、清理实验场地。11、实验结束。（四）、注意事项量测压力及流速分布要注意的事项同底流消能实验。五、坝面压力和下游消能水力学消能实验报告(一)坝面压力实验1、实验目的与要求：2、有关实验数值：堰形：堰顶高程：堰设计水头：设计水位：流量：3、实验结果(1)坝面压力量测：表1压力分布测量记录表测点测点位置高程测压管读数a时均压力P1234567891011121314151617181920

测压板零点读数高程时均压力计算公式：P＝

(2)坝面压力分布图1坝面压力分布图（二）底流消能实验1、实验目的与要求2、有关实验数值堰形：堰顶高程：堰设计水头：设计水位：流量：3、实验结果(1)一般型消力池a.上游水位▽上＝堰顶水头Ｈ＝▽上－▽堰b.水跃特性表2水跃特性记录表项目实验值计算值跃前水深／cm跃后水深／cm水跃长度

水跃计算公式：跃前水深：h′＝跃后水深：h″＝水跃长度：Ｌ＝

c.坝下流速分布．表3坝下m断面中线流速量测汇录表测点测点位置高度距底／cm比压板压差计读数△h=h2-h1流速值v备注：1234567

计算公式：比压板倾斜角度α=流速计算公式v=

d.水流流态描述图2一段消力池的水流流态(2)ＵＳＢＲⅡ型消力池a.上游水位▽上＝堰顶水头Ｈ＝▽上－▽堰b.水跃特性表4水跃特性记录表项目实验值计算值跃前水深／cm跃后水深／cm水跃长度水跃计算公式：跃前水深：h′＝跃后水深：h″＝水跃长度：Ｌ＝c.坝下流速分布表5坝下m断面中线流速量测汇录表测点测点位置高度距底／cm比压板压差计读数△h=h2-h1流速值v备注：1234567

计算公式：比压板倾斜角度α=流速计算公式v=d.水流流态描述图3ＵＳＢＲⅡ型的水流流态(三)戽流消能实验1、实验目的与要求2、有关实验数值堰形：堰顶高程：堰设计水头：设计水位：流量：3、实验结果(1)戽流流态描述表6戽流流态及对应的下游水深消能型式自由戽流下临界戽流上临界戽流淹没戽流戽流消能（A）戽流消能（B）(2)消能工下游流速分布表7戽流消能（A）测点测点位置高度距底／cm比压板压差计读数△h=h2-h1流速值v备注：12345

计算公式：比压板倾斜角度α＝流速计算公式v=表8戽流消能（B）测点测点位置高度距底／cm比压板压差计读数△h=h2-h1流速值v备注：1234

计算公式：比压板倾斜角度α=流速计算公式v=(3)两种消力戽流态的简要分析比较图4戽流消能（A）的水流流态图5戽流消能（B）的水流流态(四)挑流消能实验1、实验目的与要求2、有关实验数值堰形：堰顶高程：堰设计水头：设计水位：流量：3、实验结果（1）挑流水舌形态量测表9挑流水舌形态及对应的下游水深消能型式下游水深最小挑距最大挑距备注平顺连续式挑坎矩形差动式挑坎（2）消能工下游流速分布表10平顺连续式挑坎测点测点位置高度距底／cm比压板压差计读数△h=h2-h1流速值v备注：123

计算公式：比压板倾