弯道水流实验指导书

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时间:2018-07-27

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1、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

2、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15—20cm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

3、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

4、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0°30°60°90°120°150°180°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

5、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(0º、30º、60º、90º、120º、1

6、50º、180º)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并查阅相关文献写好实验预习报告(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。实验预习报告的组成:1)谈谈你所认识的弯道

7、水流?2)查阅文献回答问题1和问题2。问题1:查阅相关资料解释弯道中“顶冲点”的形成及特点?问题2:查阅相关资料解释弯道水流中三维“螺旋水流”的形成机理?(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小组和第2小组选择弯道1作为设计实验方案用水槽;第3小组和第4小组弯道2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

8、)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)。

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