流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)第七章

流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)第七章1第1頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.專用設(shè)備

減壓箱：研究空化空蝕機(jī)理的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，空化是常溫下液體內(nèi)部由于壓力降低而形成的流體形態(tài)破壞，產(chǎn)生空泡或空穴。水輪機(jī)試驗(yàn)臺(tái)水泵試驗(yàn)臺(tái)5.三維水力模型實(shí)驗(yàn)水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備可應(yīng)用于：水動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)的基礎(chǔ)性研究工程性的模型實(shí)驗(yàn)研究2第2頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§7.2

水槽和水洞水槽的結(jié)構(gòu)：研究性實(shí)驗(yàn)水槽一般由儲(chǔ)水箱及管路系統(tǒng)、凈水裝置、水泵組和槽本體組成凈水裝置：為了避免水中雜質(zhì)對(duì)水槽的污染設(shè)置的，水源在經(jīng)過凈水裝置處理后才能進(jìn)入回路。動(dòng)力系統(tǒng)：由一組泵組成，開啟不同數(shù)量的水泵就可得到不同流速的水流，水由泵組加壓后流入集水箱，再通過導(dǎo)水管路到達(dá)水槽的安定段。安定段：其作用與風(fēng)洞相仿，內(nèi)部裝有粗孔塑料泡沫層和尼龍紗網(wǎng)，它們的作用是對(duì)水流進(jìn)行整流。水流通過收縮段加速，可采用較高的收縮比來降低水流的原始湍流度。實(shí)驗(yàn)段：一般為很長(zhǎng)的矩形槽。常用玻璃（或有機(jī)玻璃）做水槽壁面，便于對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行觀察拍照。最后水流通過下游的排水閥門流回泵站。3第3頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.凈水器，2.閥門，3.泵組，4.集水箱，5.安定段，6.阻尼網(wǎng)，7.收縮段，8.工作段,9.出水閥，10.儲(chǔ)水箱4第4頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一水槽流速和水位的調(diào)節(jié)：要保證實(shí)驗(yàn)在嚴(yán)格定常的流動(dòng)條件下進(jìn)行以及滿足實(shí)驗(yàn)所需的流量要求，水槽實(shí)驗(yàn)裝置的供水不直接與自來水管道連接，而要通過一獨(dú)立的水箱管路系統(tǒng)，典型的由有一定水頭高度的水箱、連接管道、水渠道和水泵組成。水箱的溢流板使水箱中的水位在實(shí)驗(yàn)過程中保持恒定，水箱內(nèi)還可以插有幾塊多孔阻尼板作為穩(wěn)流裝置，用來消除進(jìn)水所引起的波動(dòng)。水通過實(shí)驗(yàn)裝置后流入回水渠道，集中到水池里，由水泵再次泵入水箱，循環(huán)使用。5第5頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一進(jìn)水出水溢流平水箱（穩(wěn)水箱）6第6頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)流量可通過泵組和流量控制閘閥來調(diào)節(jié)，也可利用變頻器＋泵來控制。實(shí)驗(yàn)水深的調(diào)節(jié)可通過安裝在水槽矩形槽出口端的尾門開度來控制。尾門的開度可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，尾門開度按一定周期變化，相應(yīng)水槽的水位和流速也按一定周期變化，可模擬潮流。還可有其它的調(diào)節(jié)裝置。7第7頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一循環(huán)水槽結(jié)構(gòu)示意圖8第8頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一TunnelAssemblySettlingChamberExitSectionMotorAssembly小型水槽9第9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大型水槽10第10頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一船舶試驗(yàn)水槽（400m）11第11頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一其它水槽（1）拖曳水槽：船模實(shí)驗(yàn)、分層流實(shí)驗(yàn)等

12第12頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）波浪水槽在普通水槽上裝上造波器和消波器，造波器用來模擬海浪，有多種形式。在水槽的另一端，消波器使水波以及模型產(chǎn)生的船波不再反射。造波裝置13第13頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一波浪水槽防波堤模型實(shí)驗(yàn)14第14頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一清渾水兩用波流水槽可用于：波－流相互作用含沙水流運(yùn)動(dòng)底泥起動(dòng)懸移質(zhì)沉降波流與不同底質(zhì)的相互作用15第15頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）風(fēng)浪水槽把水槽頂部封閉起來，并在兩端留有進(jìn)氣口和排氣口，這樣在水面上就形成了一條空氣通路。一般在下游端裝上風(fēng)機(jī)抽吸空氣，把上游端做成收縮段的形狀，并將它作為空氣的入口，風(fēng)機(jī)的抽吸使水面上的空氣產(chǎn)生流動(dòng)，就形成了風(fēng)浪水槽。風(fēng)浪水槽可用來研究風(fēng)生浪、風(fēng)浪干擾、水面油膜擴(kuò)散等方面的研究。16第16頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一水洞的結(jié)構(gòu)和原理與回流式風(fēng)洞相似，只不過其中的介質(zhì)是水而已。水洞與風(fēng)洞的不同之處是：（1）由于水的密度比空氣大數(shù)百倍，推動(dòng)水流動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)的功率一般很大；（2）水洞實(shí)驗(yàn)段是封閉的管路系統(tǒng)，一般不能做成敞開式的；（3）水洞可以做成重力式的。即利用高水位下落至低水位時(shí)位勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能的原理，獲得實(shí)驗(yàn)段一定速度的水流。水洞可進(jìn)行常規(guī)水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)、空泡實(shí)驗(yàn)、邊界層機(jī)理和水噪聲實(shí)驗(yàn)等。水洞簡(jiǎn)介：17第17頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一小型水洞18第18頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一重力式水洞的結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：1.溝，2.磅秤，3.量水箱，4.切換機(jī)構(gòu)，5.溢流箱，6.水池，7.水泵，8.回水管，9.出水閥，10.實(shí)驗(yàn)裝置;11.進(jìn)水閥，12.水箱，13.多孔阻尼板，14.溢流壩水泵將地下水池中的水泵入高位的水箱中，水箱內(nèi)的溢流板使水箱中的水位保持恒定。水箱內(nèi)還插有多孔阻尼板作為穩(wěn)流裝置，用來消除進(jìn)水所引起的波動(dòng)。水在管道內(nèi)經(jīng)過擴(kuò)壓段、整流網(wǎng)和收縮段后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段，然后流入回流渠道，集中到水池中。19第19頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖為在空化實(shí)驗(yàn)水洞中用頻閃光源拍攝到的高速旋轉(zhuǎn)螺旋槳的空化現(xiàn)象照片，從照片中可看到在螺旋槳葉梢上產(chǎn)生的空泡形成的螺旋線。為了觀察非定常流動(dòng)和高速運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)的流動(dòng)圖像和變化過程，通常需要采用高速攝影技術(shù)。20第20頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一高速攝影在流動(dòng)顯示中的應(yīng)用：人眼的空間分辨率約為0.1mm，時(shí)間分辨率約為0.1s。高速攝影是用“快攝慢現(xiàn)”的手段來擴(kuò)展人眼視力的極限。高速攝影機(jī)和普通攝影機(jī)的區(qū)別是曝光時(shí)間和攝影頻率，攝影頻率在102幀/秒的稱為普通攝影（一般電影攝影的標(biāo)準(zhǔn)頻率為每秒24幅），而高速攝影機(jī)的攝影頻率可達(dá)每秒幾千幀以上。高速攝影是高速定常和非定常流動(dòng)過程流動(dòng)顯示的重要手段，可與各種流動(dòng)顯示方法結(jié)合使用。21第21頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一定常流動(dòng)：拍攝典型瞬時(shí)情況下的單張高速照片，高速快門控制曝光時(shí)間。非定常流動(dòng)：連續(xù)記錄高速流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)過程，高速攝影的拍攝頻率（幀/秒）必須與流動(dòng)變化速率同步，變化越快的流動(dòng)過程要求的拍攝頻率越高。

22第22頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§7.3三維水力模型實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介實(shí)際河道、河口地區(qū)的水流運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，在水利工程、河流工程、港口和航道工程等重大工程項(xiàng)目中，三維水力模型試驗(yàn)是項(xiàng)目論證、規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、實(shí)施、動(dòng)態(tài)管理和施工等方面的重要手段。物理模型：水工模型

河工模型

港工模型23第23頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一水利樞紐工程24第24頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一長(zhǎng)江口深水航道整治工程——導(dǎo)堤25第25頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一長(zhǎng)江口整體物理模型試驗(yàn)大廳外觀效果圖

（上海浦東）水平縮尺為1:1000，垂直縮尺為1:12526第26頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一長(zhǎng)江口物理模型（南京水科院）27第27頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一錢塘江河口（含杭州灣）整體模型（杭州）28第28頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一模型分類：（1）正態(tài)模型和變態(tài)模型正態(tài)模型的長(zhǎng)、寬、高按同一比尺縮小，其幾何形狀與原型完全相似。變態(tài)模型的水平方向上的比尺kl和水深方向上的比尺kh不同，其幾何形狀與原型并不嚴(yán)格相似，幾何變形的程度可用變態(tài)率來表示。29第29頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）定床模型和動(dòng)床模型按照模型河床能否變形可把模型分成定床和動(dòng)床兩類。定床模型：模型河床不隨水流作用而改變，其河床常用水泥沙漿制作，模型水流是清水。動(dòng)床模型：模型河床隨水流作用而改變，其河床常用天然沙或輕質(zhì)沙（如煤粉、木屑、塑料沙、膠木粉等）制作，模型水流也常挾沙。當(dāng)河床變形顯著或要了解河道沖淤情況時(shí)，需采用動(dòng)床模型，動(dòng)床模型一般都是動(dòng)態(tài)模型。30第30頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一模型設(shè)計(jì)：滿足相似率（相似準(zhǔn)則）動(dòng)床模型設(shè)計(jì)：動(dòng)床模型中引進(jìn)了泥沙，在選擇模型比尺時(shí)，要同時(shí)滿足水