《水工及河工模型试验学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水工及河工模型试验学习教案.pptx（47页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1水工水工(shu n)及河工模型试验及河工模型试验第一页，共47页。3.1 相似相似(xin s)现象及现象及相似相似(xin s)概念概念二、力学系统相似的基本条件二、力学系统相似的基本条件二、力学系统相似的基本条件二、力学系统相似的基本条件1 1 几何相似几何相似几何相似几何相似含含含含意意意意：两两两两个个个个体体体体系系系系（原原原原型型型型与与与与模模模模型型型型）彼彼彼彼此此此此所所所所占占占占据空间的对应尺寸之比为同一比例常数。据空间的对应尺寸之比为同一比例常数。据空间的对应尺寸之比为同一比例常数。据空间的对应尺寸之比为同一比例常数。正态相似：正态相似：正态相似：正态相似
2、：变态相似：变态相似：变态相似：变态相似：变率：变率：变率：变率：2 2 运动相似运动相似运动相似运动相似定定定定义义义义：指指指指两两两两体体体体系系系系中中中中对对对对应应应应的的的的两两两两个个个个质质质质点点点点沿沿沿沿着着着着几几几几何何何何相相相相似似似似的的的的轨轨轨轨迹迹迹迹运运运运动动动动，在在在在互互互互成成成成一一一一定定定定比比比比例例例例的的的的时时时时间间间间(shjin)(shjin)内内内内通通通通过过过过一一一一段段段段几几几几何何何何相相相相似似似似的的的的路路路路程，即两个体系动态相似。程，即两个体系动态相似。程，即两个体系动态相似。程，即两个体系动态相似
3、。第2页/共47页第二页，共47页。3.1 相似现象相似现象(xinxing)及相似概念及相似概念第3页/共47页第三页，共47页。3.1 相似现象相似现象(xinxing)及相似概念及相似概念（相似（相似(xin s)指标）指标）v两体系运动相似，要求相似指标等于两体系运动相似，要求相似指标等于(dngy)1，或相似准数等于，或相似准数等于(dngy)某一常数。物理量比尺之间相互制约，不能全部任意指定。某一常数。物理量比尺之间相互制约，不能全部任意指定。（相似准数）（相似准数）第4页/共47页第四页，共47页。3.1 相似现象相似现象(xinxing)及相似概念及相似概念v以微分形式出现的物
4、理量，其比例常数以微分形式出现的物理量，其比例常数(chngsh)之间关系与一般量之间的关系相同。之间关系与一般量之间的关系相同。第5页/共47页第五页，共47页。3.1 相似相似(xin s)现象及相似现象及相似(xin s)概念概念3 3 动力相似动力相似动力相似动力相似定义：两个几何相似体系中，对应点上的所有作用力定义：两个几何相似体系中，对应点上的所有作用力定义：两个几何相似体系中，对应点上的所有作用力定义：两个几何相似体系中，对应点上的所有作用力的方向相互平行，大小成同一的方向相互平行，大小成同一的方向相互平行，大小成同一的方向相互平行，大小成同一(tngy)(tngy)比例。比例。
5、比例。比例。惯惯性性力力重重力力(zhngl)粘粘滞滞力力摩摩阻阻力力表表面面张张力力弹弹性性力力第6页/共47页第六页，共47页。3.2 模型试验相似模型试验相似(xin s)理论理论 1 1 相似第一定理（相似正定理相似第一定理（相似正定理相似第一定理（相似正定理相似第一定理（相似正定理,1686,1686,牛顿）牛顿）牛顿）牛顿）定理描述：彼此相似的物理体系应由同一方程式描述，各变定理描述：彼此相似的物理体系应由同一方程式描述，各变定理描述：彼此相似的物理体系应由同一方程式描述，各变定理描述：彼此相似的物理体系应由同一方程式描述，各变量之间保持量之间保持量之间保持量之间保持(b(b oc
6、h)och)一定的比例，其相似指标为一定的比例，其相似指标为一定的比例，其相似指标为一定的比例，其相似指标为1 1或它们或它们或它们或它们的各种相似准数的数值相等。的各种相似准数的数值相等。的各种相似准数的数值相等。的各种相似准数的数值相等。例：牛顿相似律：例：牛顿相似律：例：牛顿相似律：例：牛顿相似律：原型原型(yunxng)：模型：模型：相似变换相似变换第7页/共47页第七页，共47页。3.2 3.2 模型试验相似模型试验相似模型试验相似模型试验相似(xin s)(xin s)理论理论理论理论n n相相似似第第一一定定理理说说明明了了相相似似现现象象所所具具有有的的性性质质:n n相似现象
7、由文字上完全相同的方程所描述；相似现象由文字上完全相同的方程所描述；n n相相似似现现象象对对应应空空间间点点相相应应时时间间的的同同名名物物理理量量的比值为常数的比值为常数(chngsh)；n n各各同同名名物物理理量量的的相相似似常常数数(chngsh)不不可可以以全全部部任任意意指指定定，它它们们之之间间受受制制于于一一个个或或几几个个相似准数。相似准数。第8页/共47页第八页，共47页。3.2 模型试验相似模型试验相似(xin s)理论理论2 2 相似相似相似相似(xin(xin s)s)第二定理（相似第二定理（相似第二定理（相似第二定理（相似(xin(xin s)s)逆定理）逆定理）
8、逆定理）逆定理）定理描述：对于两个同类物理现象，如果它们的定解定理描述：对于两个同类物理现象，如果它们的定解定理描述：对于两个同类物理现象，如果它们的定解定理描述：对于两个同类物理现象，如果它们的定解（单值）条件相似（单值）条件相似（单值）条件相似（单值）条件相似(xin(xin s)s)，而且由定解条件物理量，而且由定解条件物理量，而且由定解条件物理量，而且由定解条件物理量所组成的相似所组成的相似所组成的相似所组成的相似(xin(xin s)s)准数相等，则现象必定相似准数相等，则现象必定相似准数相等，则现象必定相似准数相等，则现象必定相似(xin(xin s)s)。相似相似相似相似(xin
9、(xin s)s)第二定理是关于相似第二定理是关于相似第二定理是关于相似第二定理是关于相似(xin(xin s)s)条件的定理条件的定理条件的定理条件的定理文字上由完全相同的方程式所描述；文字上由完全相同的方程式所描述；文字上由完全相同的方程式所描述；文字上由完全相同的方程式所描述；(必要条件必要条件必要条件必要条件)定解条件相似定解条件相似定解条件相似定解条件相似(xin(xin s)s)；(必要条件必要条件必要条件必要条件)定解条件：几何条件、介质物理性质、边界条件、初始定解条件：几何条件、介质物理性质、边界条件、初始定解条件：几何条件、介质物理性质、边界条件、初始定解条件：几何条件、介质
10、物理性质、边界条件、初始条件。条件。条件。条件。由定解量所组成的相似由定解量所组成的相似由定解量所组成的相似由定解量所组成的相似(xin(xin s)s)准数相等。（充分条件）准数相等。（充分条件）准数相等。（充分条件）准数相等。（充分条件）第9页/共47页第九页，共47页。3.2 模型试验相似模型试验相似(xin s)理论理论3 3 相似第三定理（相似第三定理（相似第三定理（相似第三定理（定理）定理）定理）定理）定理描述定理描述定理描述定理描述:表示物理过程的微分方程式可以表示物理过程的微分方程式可以表示物理过程的微分方程式可以表示物理过程的微分方程式可以(ky(ky)转换为由若干个无因次的
11、相似准数转换为由若干个无因次的相似准数转换为由若干个无因次的相似准数转换为由若干个无因次的相似准数组成的准数方程式。组成的准数方程式。组成的准数方程式。组成的准数方程式。第10页/共47页第十页，共47页。3.2 模型试验相似模型试验相似(xin s)理论理论n n相似第三定理实际上就是模型试验结果如何整理、相似第三定理实际上就是模型试验结果如何整理、相似第三定理实际上就是模型试验结果如何整理、相似第三定理实际上就是模型试验结果如何整理、推广到原型的理论。推广到原型的理论。推广到原型的理论。推广到原型的理论。n n相似理论的意义相似理论的意义相似理论的意义相似理论的意义n n相似理论实质上是指
12、导模型试验的理论。相似理论实质上是指导模型试验的理论。相似理论实质上是指导模型试验的理论。相似理论实质上是指导模型试验的理论。n n按照按照按照按照(nzho)(nzho)(nzho)(nzho)相似理论，我们在模型试验中，必须相似理论，我们在模型试验中，必须相似理论，我们在模型试验中，必须相似理论，我们在模型试验中，必须满足定解条件相似，必须使相似准数相等，应当采满足定解条件相似，必须使相似准数相等，应当采满足定解条件相似，必须使相似准数相等，应当采满足定解条件相似，必须使相似准数相等，应当采集相似准数中所包含的各个物理量，并且将试验成集相似准数中所包含的各个物理量，并且将试验成集相似准数中
13、所包含的各个物理量，并且将试验成集相似准数中所包含的各个物理量，并且将试验成果整理成相似准数之间的函数关系式，这样才可以果整理成相似准数之间的函数关系式，这样才可以果整理成相似准数之间的函数关系式，这样才可以果整理成相似准数之间的函数关系式，这样才可以将它们推广到原型中去。将它们推广到原型中去。将它们推广到原型中去。将它们推广到原型中去。第11页/共47页第十一页，共47页。3.3 3.3 3.3 3.3 水动力现象相似水动力现象相似水动力现象相似水动力现象相似(xin s)(xin s)(xin s)(xin s)准数的确定方法准数的确定方法准数的确定方法准数的确定方法 一、方程一、方程(f
14、ngchng)分析法分析法例例1：牛顿相似准数推导：牛顿相似准数推导 微分方程微分方程(wi fn fn chn)式式定解条件定解条件 相似准数相似准数相似变换相似变换第12页/共47页第十二页，共47页。3.3 水动力现象相似水动力现象相似(xin s)准准数的确定方法数的确定方法例例2：三维紊动水流：三维紊动水流(shuli)的的相似准数相似准数 连续性方程连续性方程(fngchng):运动方程运动方程(雷诺方程雷诺方程):定义各比尺定义各比尺:第13页/共47页第十三页，共47页。3.3 3.3 水动力现象相似水动力现象相似水动力现象相似水动力现象相似(xin s)(xin s)准数的确
15、定方法准数的确定方法准数的确定方法准数的确定方法几何几何(j h)相似相似模型模型(mxng)：原型：原型：两边同乘以两边同乘以原型：原型：第14页/共47页第十四页，共47页。3.3 水动力水动力(dngl)现象相现象相似准数的确定方法似准数的确定方法模型模型(mxng):原型原型(yunxng):第15页/共47页第十五页，共47页。3.3 水动力现象相似准数的确定水动力现象相似准数的确定(qudng)方法方法原型原型(yunxng):第16页/共47页第十六页，共47页。以以除各项得：除各项得：3.3 水动力水动力(dngl)现象相似准数的确定方法现象相似准数的确定方法原型原型(yunx
16、ng):第17页/共47页第十七页，共47页。3.3 水动力现象水动力现象(xinxing)相似准数的确相似准数的确定方法定方法以以除各项，并与模型的方程除各项，并与模型的方程(fngchng)比比较，可得较，可得由此可以导出有关的五个比尺和相似由此可以导出有关的五个比尺和相似(xin s)(xin s)准则：准则：斯特鲁哈数，表示原型与模型由位变加速度引起的：斯特鲁哈数，表示原型与模型由位变加速度引起的 惯性力之比，等于由时变加速度引起的惯性力之比；惯性力之比，等于由时变加速度引起的惯性力之比；决定了非恒定流中决定了非恒定流中时间、流速、几何时间、流速、几何三比尺的关系。三比尺的关系。第18
17、页/共47页第十八页，共47页。3.3 水动力现象相似准数的确定水动力现象相似准数的确定(qudng)方法方法：弗汝德数，表示原型与模型的惯性力之比等于重力之比，表达了重力：弗汝德数，表示原型与模型的惯性力之比等于重力之比，表达了重力相似相似(xin s)(xin s)的条件。的条件。：欧拉数，表示原型与模型的压力之比等于惯性力之比；：欧拉数，表示原型与模型的压力之比等于惯性力之比；当研究水流当研究水流(shuli)(shuli)对边壁和建筑物的荷载时要考虑。对边壁和建筑物的荷载时要考虑。：表示原型与模型的：表示原型与模型的惯性力惯性力之比等于之比等于粘滞力粘滞力之比；表达了之比；表达了层流状
18、态下流体内粘滞阻力相似的条件。层流状态下流体内粘滞阻力相似的条件。第19页/共47页第十九页，共47页。3.3 水动力现象水动力现象(xinxing)相似准相似准数的确定方法数的确定方法原原型型与与模模型型由由时时均均流流速速产产生生的的惯惯性性力力之之比比，等等于于由由脉脉动动流流速产生的惯性力之比速产生的惯性力之比紊动相似紊动相似(xin s)(xin s)律。律。由由于于脉脉动动惯惯性性力力就就是是紊紊动动剪剪力力，它它消消耗耗水水流流的的能能量量，对对水水流流产产生生阻阻力力作作用用。对对于于紊紊动动水水流流，粘粘滞滞力力可可以以忽忽略略不不计计，这个比尺关系式就可视为惯性力之比等于阻
19、力之比。这个比尺关系式就可视为惯性力之比等于阻力之比。第20页/共47页第二十页，共47页。3.3 3.3 水动力水动力水动力水动力(dngl)(dngl)现象相似准数的确定方法现象相似准数的确定方法现象相似准数的确定方法现象相似准数的确定方法二、因次分析法二、因次分析法当当某某一一物物理理现现象象尚尚未未建建立立微微分分方方程程时时，可可借借助助因因次次分分析析方方法法，研研究究该该体体系系中中各各物物理理量量的的因因次次关关系系，从从而而找找出出该该现现象象相相似似所所应遵循的相似判据或相似准数。应遵循的相似判据或相似准数。三、传统的推导法三、传统的推导法从从控控制制(kngzh)物物理理
20、现现象象的的作作用用力力的的一一般般表表达达式式出出发发，将将牛牛顿顿相相似似律律的的惯惯性性力力与与各各种种力力相相比比，可可求求得得使使各各种种力力保保持持相相似似的的相相似准数。似准数。第21页/共47页第二十一页，共47页。3.4 常用的相似常用的相似(xin s)准则准则一、相似一、相似一、相似一、相似(xin(xin s)s)准则概念准则概念准则概念准则概念牛顿第二牛顿第二(d r)定律：定律：原型：原型：模型：模型：代入上式，整理有：代入上式，整理有：v牛顿相似准数的推导牛顿相似准数的推导第22页/共47页第二十二页，共47页。:称为称为(chn(chn wi)wi)相似相似指标
21、指标 仅当相似指标仅当相似指标(zhbio)(zhbio)为为1 1时，原型和模型才都时，原型和模型才都遵循牛遵循牛 顿第二定律。顿第二定律。相似指标可以相似指标可以(ky)(ky)进一步用相似准数或相似判据表示：进一步用相似准数或相似判据表示：3.4 常用的相似准则常用的相似准则第23页/共47页第二十三页，共47页。将将将将M M M M用用用用 代替代替代替代替(dit)(dit)(dit)(dit)，则可得到：，则可得到：，则可得到：，则可得到：（牛顿（牛顿(ni dn)相相似准数）似准数）v牛牛顿顿相相似似律律：若若两两个个几几何何(j h)相相似似体体系系达达成成运运动动规规律律相
22、相似似，它它们们的的牛牛顿顿准准数数应应相相等等；反反之之，若若两两个个几几何何(j h)体体系系的的牛牛顿顿准准数数相相等等，那么它们之间是运动规律相似的。那么它们之间是运动规律相似的。3.4 常用的相似准则常用的相似准则第24页/共47页第二十四页，共47页。3.4 常用的相似常用的相似(xin s)准则准则二、模型试验的常用二、模型试验的常用(chn yn)相似准则相似准则1 1 重力相似重力相似(xin s)(xin s)准则（弗汝德相似准则（弗汝德相似(xin s)(xin s)准则）准则）:重力相似准数，或弗汝德（重力相似准数，或弗汝德（FroudeFroude）数）数 动力相似动
23、力相似第25页/共47页第二十五页，共47页。v重重力力相相似似准准则则(zhnz)：在在原原型型与与模模型型之之间间，欲欲满满足足重重力力作作用用下下动动力力相相似似，它它们们的的弗弗汝汝德德数数应应相相等等；反反之之，若若原原型型与与模模型型的的弗弗汝汝德德数数相相等等，则则原原型型与与模模型型必必满满足足重重力力作作用用下下动动力力相似。相似。v特例特例(tl)：如果原型和模型都处于重力场中，则如果原型和模型都处于重力场中，则 速度速度(sd)比比尺：尺：时间比尺：时间比尺：如果原型和模型采用相同的流体，则有如果原型和模型采用相同的流体，则有 3.4 常用的相似准则常用的相似准则第26页
24、/共47页第二十六页，共47页。例题：某大坝溢洪道为调节泄洪流量例题：某大坝溢洪道为调节泄洪流量(liling)(liling)，拟设置闸，拟设置闸门进行控制，为此需要进行水工模型试验。门进行控制，为此需要进行水工模型试验。已知原型设计流量已知原型设计流量(liling)(liling)：；三日洪水总量：三日洪水总量：；其中其中 ；试按照重力相似准则进行模型设计试按照重力相似准则进行模型设计:（1 1）确定模型）确定模型(mxng)(mxng)流量流量（2 2）确定原型）确定原型(yunxng)(yunxng)闸小护坦闸小护坦中部流速中部流速（3 3）确定模型洪水周期和洪量）确定模型洪水周期和
25、洪量3.5 水工及河工模型设计的限制条水工及河工模型设计的限制条件件 第27页/共47页第二十七页，共47页。2 2 阻力阻力(zl)(zl)相似准则相似准则 v当当研研究究压压力力隧隧洞洞、有有压压管管道道及及流流体体绕绕流流等等问问题题时时，水水流流主主要要受受阻阻力力作作用用，所所以以原原型型与与模模型型(mxng)(mxng)的的动动力力相相似按阻力相似准则考虑。似按阻力相似准则考虑。内摩擦力相似内摩擦力相似(xin s)准则准则（雷诺（雷诺准则）准则）粘滞力比尺：粘滞力比尺：3.4 常用的相似准则常用的相似准则第28页/共47页第二十八页，共47页。根据动力根据动力(dngl)相似，
26、粘滞力比尺与惯性力比尺相等，相似，粘滞力比尺与惯性力比尺相等，有有 Re:粘滞粘滞(zhn zh)力相似准数，或雷力相似准数，或雷诺数诺数 v雷诺相似准则：在原型与模型之间，欲满足粘滞力作用下动力相雷诺相似准则：在原型与模型之间，欲满足粘滞力作用下动力相似，则它们似，则它们(t men)的雷诺数应保持相等；相反，如果原型与模型的雷诺数应保持相等；相反，如果原型与模型之间的雷诺数相等，则它们之间的雷诺数相等，则它们(t men)必然是粘滞力作用下动力相似。必然是粘滞力作用下动力相似。3.4 常用的相似准则常用的相似准则第29页/共47页第二十九页，共47页。如果原型和模型的流体相同如果原型和模型
27、的流体相同(xin tn)，试验温度也一致，则，试验温度也一致，则 速度速度(sd)比尺：比尺：时间时间(shjin)比尺：比尺：力的比尺：力的比尺：3.4 常用的相似准则常用的相似准则v雷诺准则下各种比尺确定：雷诺准则下各种比尺确定：第30页/共47页第三十页，共47页。紊动相似紊动相似(xin s)准则（紊流阻力相准则（紊流阻力相似似(xin s)准则）准则）管流：管流：达西公式达西公式(gngsh):紊流阻力紊流阻力(zl)比尺为：比尺为：3.4 常用的相似准则常用的相似准则（不实用）（不实用）第31页/共47页第三十一页，共47页。动力动力(dngl)相似相似紊流阻力相似准则：如果原型
28、与模型均满足紊流阻力作用紊流阻力相似准则：如果原型与模型均满足紊流阻力作用下的动力下的动力(dngl)相似，则它们的沿程阻力系数相等；反相似，则它们的沿程阻力系数相等；反之，如果原型与模型中的沿程阻力系数相等，则它们必在之，如果原型与模型中的沿程阻力系数相等，则它们必在紊流阻力作用下达到动力紊流阻力作用下达到动力(dngl)相似。相似。当当，由，由明渠明渠(mn q)流：流：3.4 常用的相似准则常用的相似准则第32页/共47页第三十二页，共47页。n n“自动模型区自动模型区”的概念的概念 n n天然河流和一般的明渠水流一天然河流和一般的明渠水流一般都处于阻力平方区，大多数般都处于阻力平方区
29、，大多数情况下，水工及河工模型水流情况下，水工及河工模型水流亦处在阻力平方区。亦处在阻力平方区。n n在阻力平方区，紊流阻力系数在阻力平方区，紊流阻力系数(xsh)只取决于边壁的相对糙只取决于边壁的相对糙率，而与率，而与Re无关。无关。n n在紊流区内，只要使模型糙率在紊流区内，只要使模型糙率系数系数(xsh)满足满足 的要求，的要求，即使模型与原型的即使模型与原型的Re不相等，不相等，也能达到阻力系数也能达到阻力系数(xsh)相等，相等，阻力相似也就自动满足。阻力相似也就自动满足。3.4 常用的相似常用的相似(xin s)准则准则第33页/共47页第三十三页，共47页。3 3 压力压力(yl
30、)(yl)相似准则（欧拉准则）相似准则（欧拉准则）动力动力(dngl)相似相似 欧拉数：欧拉数：欧拉准则：当原型与模型满足压力为主的动力相似时，欧拉准则：当原型与模型满足压力为主的动力相似时，它们之间的欧拉数必相等它们之间的欧拉数必相等(xingdng)(xingdng)；反之，若原型；反之，若原型与模型之间的欧拉数相等与模型之间的欧拉数相等(xingdng)(xingdng)时，原型与模型时，原型与模型之间满足压力作用下的动力相似。之间满足压力作用下的动力相似。在自动模型区，欧拉准则自动满足。在自动模型区，欧拉准则自动满足。3.4 常用的相似准则常用的相似准则第34页/共47页第三十四页，共
31、47页。4 4 非恒定流相似非恒定流相似(xin s)(xin s)准则（斯特鲁哈准准则（斯特鲁哈准则）则）3.4 常用常用(chn yn)的的相似准则相似准则5 5 表面张力相似表面张力相似(xin s)(xin s)准则（韦伯准则）准则（韦伯准则）6 6 弹性力相似准则（柯西准则，马赫准则）弹性力相似准则（柯西准则，马赫准则）第35页/共47页第三十五页，共47页。n n 模型(mxng)设计中存在的困难n n严格的几何相似难以做到，模型(mxng)有偏差；n n动力相似难以严格做到；n n模型(mxng)中有些物理现象只能在一定范围内才能与原型相似。（比尺效应）3.5 水工及河工模型水工
32、及河工模型(mxng)设计的限制条件设计的限制条件 第36页/共47页第三十六页，共47页。3.5 水工水工(shu n)及河工模型设及河工模型设计的限制条件计的限制条件 一、共同作用力的限制条件一、共同作用力的限制条件一般无法一般无法(wf)使原型和模型同时严格使原型和模型同时严格满足几种作用力相似，因此只考虑其满足几种作用力相似，因此只考虑其中一个准则，同时估计到其它准则不中一个准则，同时估计到其它准则不能满足带来的影响，使原型与模型近能满足带来的影响，使原型与模型近似地相似。似地相似。例：重力和粘滞力同时相似例：重力和粘滞力同时相似重力重力(zhngl)相相似似粘滞力相似粘滞力相似 第3
33、7页/共47页第三十七页，共47页。n n几几几几何何何何比比比比尺尺尺尺越越越越大大大大，模模模模型型型型的的的的运运运运动动动动粘粘粘粘滞滞滞滞系系系系数数数数越越越越小小小小。有有有有时时时时即即即即使使使使模模模模型型型型水水水水流流流流温温温温度度度度达达达达到到到到1000C1000C1000C1000C也也也也满满满满足足足足不不不不了了了了。因因因因此此此此，一一一一般般般般无无无无法法法法使使使使模模模模型型型型与与与与原原原原型型型型同同同同时时时时遵遵遵遵循循循循弗弗弗弗汝汝汝汝德德德德准准准准则则则则和和和和雷雷雷雷诺诺诺诺准准准准则则则则，一一一一般般般般只只只只考考
34、考考虑虑虑虑其其其其中中中中(qzhng)(qzhng)(qzhng)(qzhng)一一一一个个个个准准准准则则则则，使使使使模模模模型型型型与与与与原原原原型型型型近似相似。近似相似。近似相似。近似相似。n n重重重重力力力力起起起起主主主主要要要要作作作作用用用用时时时时，一一一一般般般般以以以以弗弗弗弗汝汝汝汝德德德德准准准准则则则则为为为为基基基基本本本本准准准准则则则则，保持流态相同，或同处于阻力平方区。保持流态相同，或同处于阻力平方区。保持流态相同，或同处于阻力平方区。保持流态相同，或同处于阻力平方区。n n粘滞力起主要作用时，如管流，按雷诺准则设计。粘滞力起主要作用时，如管流，按
35、雷诺准则设计。粘滞力起主要作用时，如管流，按雷诺准则设计。粘滞力起主要作用时，如管流，按雷诺准则设计。3.5 水工及河工模型水工及河工模型(mxng)设计的限制条件设计的限制条件 第38页/共47页第三十八页，共47页。二、阻力二、阻力二、阻力二、阻力(z(z l)l)平方区临界雷诺数取值问题平方区临界雷诺数取值问题平方区临界雷诺数取值问题平方区临界雷诺数取值问题层流和紊流的差别层流和紊流的差别层流和紊流的差别层流和紊流的差别层流和紊流的判别标准：雷诺数层流和紊流的判别标准：雷诺数层流和紊流的判别标准：雷诺数层流和紊流的判别标准：雷诺数紊流：紊流：通常通常(tngchng)，Rec=10002
36、000。河工模型河工模型:一般处于一般处于(chy)(chy)紊流紊流状态。状态。3.5 水工及河工模型设计的限制水工及河工模型设计的限制条件条件 第39页/共47页第三十九页，共47页。水工模型水工模型(mxng):(mxng):不仅需要满足模型不仅需要满足模型(mxng)(mxng)水流水流处于紊流状态，还应需要进入紊流状态的阻力平方区，处于紊流状态，还应需要进入紊流状态的阻力平方区，以达到阻力相似。以达到阻力相似。3.5 水工及河工模型设计的限制水工及河工模型设计的限制(xinzh)条件条件 Re达到达到(d do)104105量级，即进入阻力平方量级，即进入阻力平方区。区。第40页/共
37、47页第四十页，共47页。三、缓流和急流问题三、缓流和急流问题(wnt)模模型型水水流流与与原原型型水水流流佛佛汝汝德德数数要要保持相等；保持相等；利利用用实实际际底底坡坡和和临临界界底底坡坡的的对对比比关系判别。关系判别。3.5 水工及河工模型水工及河工模型(mxng)设计的限制条件设计的限制条件 第41页/共47页第四十一页，共47页。四、模型糙率相似及其修正问题四、模型糙率相似及其修正问题四、模型糙率相似及其修正问题四、模型糙率相似及其修正问题模模模模型型型型糙糙糙糙率率率率的的的的模模模模制制制制方方方方法法法法：一一一一般般般般不不不不采采采采取取取取边边边边壁壁壁壁粗粗粗粗糙糙糙糙
38、情情情情况况况况与与与与原原原原型型型型严严严严格格格格几几几几何何何何相相相相似似似似的的的的办办办办法法法法，而而而而是是是是使使使使模模模模型型型型边边边边界界界界对对对对水水水水流流流流(shu(shu li)li)摩摩摩摩阻阻阻阻作作作作用用用用相相相相似似似似，即即即即令令令令其其其其水水水水头头头头损损损损失失失失相相相相似似似似。对对对对于于于于明明明明渠渠渠渠，也也也也就就就就是是是是使使使使模模模模型型型型水水水水流流流流(shu(shu li)li)坡坡坡坡降与原型水流降与原型水流降与原型水流降与原型水流(shu(shu li)li)坡降相等。坡降相等。坡降相等。坡降相等
39、。3.5 水工及河工模型设计水工及河工模型设计的限制的限制(xinzh)条件条件 表表2-12-1模型中常用模型中常用(chn yn)(chn yn)材料材料最小糙率最小糙率模型材料模型材料糙率糙率平面玻璃板平面玻璃板0.010.01光滑有机玻璃板光滑有机玻璃板0.0070.007加工良好的木板加工良好的木板0.010.01普通水泥砂浆抹面普通水泥砂浆抹面0.0120.012第42页/共47页第四十二页，共47页。v几何几何(j h)(j h)变态法变态法 :变率变率(bin l)(bin l)讨讨论论(toln)：l越越大大，nm越越小小；越越大大，nm也也越越大大。采采用用变变态态模型可增
40、大模型糙率。模型可增大模型糙率。3.5 水工及河工模型设计的限制条件水工及河工模型设计的限制条件 v 模型坡降法：模型坡降法：曼宁公式曼宁公式 正态模型：正态模型：模型实际糙率模型实际糙率模型设计糙率模型设计糙率第43页/共47页第四十三页，共47页。n n流量变态法、糙率延伸法、理论修正法流量变态法、糙率延伸法、理论修正法流量变态法、糙率延伸法、理论修正法流量变态法、糙率延伸法、理论修正法n n五、表面张力影响限制条件五、表面张力影响限制条件五、表面张力影响限制条件五、表面张力影响限制条件(tiojin)(tiojin)(tiojin)(tiojin)n n当当当当水水水水流流流流速速速速度
41、度度度（波波波波速速速速）小小小小于于于于23cm/s23cm/s23cm/s23cm/s，相相相相应应应应波波波波长长长长小小小小于于于于1.7cm1.7cm1.7cm1.7cm，水水水水深深深深小小小小于于于于1.5cm1.5cm1.5cm1.5cm时时时时，表表表表面面面面张张张张力力力力不不不不能能能能忽忽忽忽略略略略。一一一一般般般般要要要要求求求求河河河河工工工工模模模模型型型型水水水水深深深深大大大大于于于于2.5cm2.5cm2.5cm2.5cm，最最最最小小小小不不不不应应应应小小小小于于于于1.5cm1.5cm1.5cm1.5cm。n n六六六六、真真真真 空空空空、空空空
42、空 蚀蚀蚀蚀 和和和和 水水水水 流流流流 掺掺掺掺 气气气气 的的的的 限限限限 制制制制 条条条条 件件件件(tiojin)(tiojin)(tiojin)(tiojin)n n在在在在高高高高速速速速水水水水流流流流试试试试验验验验中中中中，可可可可能能能能会会会会出出出出现现现现真真真真空空空空、负负负负压压压压、水水水水流流流流掺掺掺掺气气气气现现现现象象象象。目目目目前前前前负负负负压压压压的的的的测测测测量量量量技技技技术术术术还还还还未未未未很很很很好好好好解解解解决决决决。模型流速减小，不能模拟出掺气现象。模型流速减小，不能模拟出掺气现象。模型流速减小，不能模拟出掺气现象。模
43、型流速减小，不能模拟出掺气现象。n n七、泥沙运动的限制条件七、泥沙运动的限制条件七、泥沙运动的限制条件七、泥沙运动的限制条件(tiojin)(tiojin)(tiojin)(tiojin)n n八、水工建筑物局部体型和局部流态相似问题八、水工建筑物局部体型和局部流态相似问题八、水工建筑物局部体型和局部流态相似问题八、水工建筑物局部体型和局部流态相似问题3.5 水工及河工模型水工及河工模型(mxng)设计的限制条件设计的限制条件 第44页/共47页第四十四页，共47页。4 4、以重力相似准则设计的某水工模型，长度比尺、以重力相似准则设计的某水工模型，长度比尺 ；若原型中闸孔收缩断面处的平均流速
44、；若原型中闸孔收缩断面处的平均流速 ，请确定模型中相应收缩断面处的平均流速，请确定模型中相应收缩断面处的平均流速 。如果原型中过闸流量如果原型中过闸流量 ，则原型中相应，则原型中相应的流量的流量 为多少？为多少？3.5 水工及河工水工及河工(hgng)模型设计模型设计的限制条件的限制条件 作业：作业：1 1、采用相似变换的方法推导出三维紊动水、采用相似变换的方法推导出三维紊动水流运动相似的相似准数。（不许抄书流运动相似的相似准数。（不许抄书(cho(cho sh)sh)）2 2、推导出管流和明渠的紊流阻力相似准则；、推导出管流和明渠的紊流阻力相似准则；3 3、复习思考题第、复习思考题第5 5题；题；第45页/共47页第四十五页，共47页。第三章第三章第三章第三章 小结小结小结小结(xi(xi oji)oji)n n相似的概念及相似基本条件相似的概念及相似基本条件n n相似三定理及其含义相似三定理及其含义n n模型相似准则及相似准数的推模型相似准则及相似准数的推导导(tudo)(tudo)方法方法n n河工模型试验中常用的相似准河工模型试验中常用的相似准则则n n模型相似定理应用的限制条件模型相似定理应用的限制条件本章(bn zhn)完第46页/共47页第四十六页，共47页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第47页/共47页第四十七页，共47页。