水流流速场试验实验报告

水流流速场试验实验报告一、实验目的和要求水流是泥沙运动的主要动力，在与河床、建筑物之间的相互作用中起着决定性的因素。所以，掌握和了解水流结构极其运动变化规律，是研究和分析河床变形、建筑物相互作用的基础。1、测量和研究顺直水槽段两侧水位的沿程变化规律。2、测量和研究弯曲水槽段两侧水位的沿程变化规律。3、测量和研究顺直水槽段水流流速沿程、沿水深的变化规律。4、测量和研究弯曲水槽段水流流速沿程、沿水深的变化规律。5、计算各流速测点的垂线平均流速，推求和研究垂线平均流速沿程、沿宽度的分布规律。二、实验原理在直线段布置4个测量断面，在过渡段、弯曲段、出口段分别布置一个断面，7个断面的编号从进口开始分别为断面1、2、3、4、5、6、7。各断面距进口的距离分别为178.6cm、294cm、584cm、850cm、1026.4cm、1146.4cm（沿弯道凹侧测量）、1286.4cm（沿弯道凹侧测量）。在每个断面处布置3个测流垂线，中间的那个测流垂线（垂线3）位于水槽中轴线上，两边的测流垂线（垂线1和垂线2）分别距水槽右侧、左侧21.5cm。其中断面1和断面5测垂线上相对水深为0.2h、0.4h、0.5h、0.6h、0.8h点处的流速，断面2、3、4、6、7测垂线相对水深为0.4h、0.6h、0.8h处的流速。通过各断面3个流速测点对流速的测量，可推求和研究水流流速沿程、沿水深的变化规律和垂线平均流速沿程、沿宽度的分布规律。三、实验设备及仪器主要实验设备及仪器包括试验水槽、刻度尺、旋浆式流速仪、采点箱。试验水槽是一座循环供水的多功能性水槽。水槽断面宽l.2m，高0.4m，纵向长16.6m，设有直线段10m和弯曲段6.6m，弯曲段中轴线弯曲半径为3m。四、实验步骤1、阅读和掌握实验目的、实验要求以及实验内容；2、熟悉和掌握旋浆式流速仪的使用原理与操作方法；3、开启水泵，调节水槽尾门，保持沿程水流恒定状态，并观测、记录水位；4、分别在顺直水槽与弯曲水槽段设置测流断面，每个断面沿水槽宽度设置3个测流垂线，每条垂线沿水深测量和记录3到5点流速。5、根据实验结果，绘制出水位沿程分布图和流速垂向分布图；6、计算整理试验结果，绘制出绘制出顺直水槽和弯曲水槽的垂线平均流速平面分布图。五、实验数据记录、计算及绘制相关曲线1、数据记录1）水槽两侧水位测量数据记录，如下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1各断面水位测量记录断面编号断面距进口距离/cm左侧水位/cm右侧水位/cm1178.614.514.522941414358413.513.5485013.813.851026.41313.561146.41414.571286.41414.3说明：向水流方向看去，左手边一侧为左侧.表12）各断面流速测量数据记录如下页表2各断面流速测量记录断面编号断面距进口距离/cm相对水深测点流速cm/s垂线1垂线3垂线21178.60.8h25.921.423.70.6h1419.126.30.5h2014.317.20.4h26.82228.60.2h21.515.426.822940.8h23.118.328.60.6h17.720.222.90.4h15.120.62435840.8h19.121.724.60.6h14.521.124.80.4h18.918.320.248500.8h14.918.326.80.6h22.521.727.40.4h2018.924.251026.40.8h16.625.430.50.6h14.924.227.10.5h13.422.525.10.4h22.222.934.80.2h17.219.421.461146.40.8h24.824.631.60.6h13.417.2200.4h17.21825.171286.40.8h18.321.723.10.6h17.221.125.70.4h1621.424.6说明：1、这里的“相对水深”指的是距离水底的水深。2、垂线3是位于水槽中轴线上的测流垂线；垂线1和垂线2分别是靠近右侧和左侧的测流垂线。表22、数据计算根据各断面流速测量记录，取各测流垂线上距水底相对水深0.4h处的流速，可得相应的垂线平均流速，如下页表3。各断面流速测量记录断面编号断面距进口距离/cm相对水深测点流速cm/s垂线平均流速cm/s垂线1垂线3垂线2垂线1垂线3垂线21178.60.8h25.921.423.726.82228.60.6h1419.126.30.5h2014.317.20.4h26.82228.60.2h21.515.426.822940.8h23.118.328.615.120.6240.6h17.720.222.90.4h15.120.62435840.8h19.121.724.618.918.320.20.6h14.521.124.80.4h18.918.320.248500.8h14.918.326.82018.924.20.6h22.521.727.40.4h2018.924.251026.40.8h16.625.430.522.222.934.80.6h14.924.227.10.5h13.422.525.10.4h22.222.934.80.2h17.219.421.461146.40.8h24.824.631.617.21825.10.6h13.417.2200.4h17.21825.171286.40.8h18.321.723.11621.424.60.6h17.221.125.70.4h1621.424.6表33、绘制图形（1）水槽两侧水位沿程曲线，如下页图1(2)垂线平均流速沿程变化图，如下图20200400620820100212021400沿程位置/如■11O'JI.'nuIl./lo(3)顺直水槽段水流沿水深分布图取顺直段每条垂线有5个测点的断面1进行研究。如下页图3co.02g.0图3(4)弯曲水槽段水流沿水深分布图取弯曲段每条垂线有3个测点的断面6进行研究。如下页图4esfffl*LlTiOJc-jLTiL-JOL-JUZI（6）垂线平均流速的平面分布图，如下图6六、实验分析基于图1到图6,从水位沿程变化、水流流速沿程分布、水流流速沿水深分布、垂线平均流速平面分布4个方面对实验结果进行分析。⑴水位沿程变化由图1可以发现，两侧水位在直线段基本上保持一致，在过渡段和弯道段，凹岸水位均高于凸岸水位，且凸岸水位比降大于凹岸水位比降。（2）水流流速沿程分布分析图2,发现沿程左岸（垂线2）的流速均大于右岸（垂线1）和水槽中轴线（垂线3）上的水流流速；左岸、右岸、水槽中轴线上的流速沿程大致都是先变小，然后变大，且在过渡段断面5处均有一个流速极值。（3）水流流速沿水深分布分析图3，水槽顺直段水流流速沿水深分布的波动性很大，理论上应该是从水底到水面逐渐变大，但三条垂线上的分布大致相近。顺直段水流流速沿水深分布的很大的波动性可能与水流的紊动有关。分析图4，水槽顺直段三条垂线上水流流速沿水深分布曲线形状完全一致，所测的水流最大流速均在靠近水面处，但最小值均在相对水深为0.6h处，理论上应该是靠近水底的那个测点，即相对水深为0.4h处。（4）垂线平均流速平面分布分析图5和图6，在顺直段，断面3和断面4的垂线平均流速沿宽度方向的分布相近，在弯道进口段，水流动力轴线明显偏靠凸岸，进入弯道以后，水流动力轴线逐渐偏离凸岸。七、分析思考题1、弯曲水槽两侧水位是否相同，哪一侧水位会升高，为什么会有这种差别？答：弯曲水槽两侧水位不同，凹侧水位会升高。因为在弯道上的水流作曲线运动，必然产生指向凹岸方向的离心力，水流为了平衡这个离心力，通过调整，使得凹岸方向的水面增高，凸岸方向的水面降低。所以凹侧水位会升高。2、流速垂线分布呈现什么变化规律，一般可以拟合成几种流速垂向分布的经验公式？答:在本次试验中，测得的流速垂线分布的波动性很大，理论上流速从水底到水面是逐渐变大的。对于紊流，流速沿垂线的分布一般可以拟合成两种经验公式，即对数流速分布公式U二u+匕In丄指数流maxky0、速公式u二umax(H)m。3、流速垂向分布在顺直水槽段中轴线与两侧附近是否有差别，为什么？答：有差异。因为中轴线与两侧附近处的边界条件是差别的。4、流速垂向分布在弯曲水槽段中轴线与两侧附近有什么变化规律，为什么？答：根据图4，水槽顺直段三条垂线上水流流速沿水深分布曲线形状完全一致，所测的水流最大流速均在靠近水面处。5、垂线平均流速平面分布在顺直水槽和弯曲水槽段有什么不同？答：垂线平均流速在顺直水槽的分布各断面相对较相似。在弯道进口段水流动力轴线(即最大水流所在线)偏靠凸岸，在弯道段水流动力轴线逐渐偏靠凹岸。6、实验条件下的水槽综合糙率系数n是多少？答：根据谢才公式v二C-~RJ和曼宁公式C二1R6,可得v二1R3J2,所以nn21可得n二R3J2，其中R为水槽的水力半径；J为水位比降；V为断面vhb八孚=850^=0.001'平均流速，这三个量均可由实验数据计算得到。这里不妨只取直线段R=A=—^=14%40=8.24cm2h+b2h+b2x14+40v二21.5cm/s,带入可得n=0.006o7、为什么在实验中反复强调保持水流恒定的重要性？答：若水流不恒定，水流中一点处的流速是时间t的函数，而实验时并不能保证所有点的流速是同一时间测得的。因此，若水流不恒定，实验中测得的水流流速没有意义。