现代水动力学实验作业

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1、1、简述流量的测量方法及适用条件。(1)、浮标法浮标法是河流测速中很常用，简单易行的一种方法。在河流测速中，在上游的某一位置放置漂浮物，同时用秒表记不当时的时间，当漂浮物到达I游某一位置时记录时间，同时测出这两个位置的距离，就可以算出河水的流速，重复儿次就可以求出河水的平均流速。但是这种方法只能测出流体的表面流速。在坡面流测速中，我们也可以用此种方法，漂浮物可以选用较为小的诸如泡沫颗粒一类的东西。两点间的距离应该是径流流过的距离。重复几次，即可确定水流速度的平均值。此种方法简单易行，不足之处就是误差较大。(2)、颜色示踪法颜色

2、示踪法也是河流测流速的一种方法。通过给流体注入染色剂，如红墨水，在初始位置倒入染色剂并记录时间，选定某一位置作为中止位置，当染色后的流体到达时记录时间，就可以求出水流流速。多做几个重复，就可以求出此段距离内的平均流速。这种方法同样简便易行，误差较浮标法小，但要注意距离不能选得太长，否则染色剂会稀释严重，肉眼不易观察。(3)、盐液示踪法盐液示踪法是在上游某一位置给径流中注入盐液，同吋用秒表记录吋间,通过亦设在'卜*游的电极来感应盐液的到达，由连接在电极上的灵敏电流计显示出来。通过时间差和距离，就可以算出此段距离内的流体速度。计算

3、和上式和同，只不过时间为从开始注入染色剂到电流计的指针发生明显偏移的时间。(4)、流量法在明渠水流测量过程屮，对于非常规则的渠道，流量法是FI前测量流速比较准确的方法之一，其原理明确、简单。对于坡面薄层水流，由于水流深度在厘米级，其误差主要是产生于水层厚度的测量。在不同坡度和泥沙含量条件下，测量水流流量与水深，流量用积分桶测量，水深用水位计测量，水位计的精度为l/10mmo(5)、电解质脉冲法这是一种较新的测速方法。在示踪法的基础上，假设加入的盐液为电解质脉冲，建立盐液在水流中迁移的数学模型，并求得解析解，再根据测量结果拟合出

4、水流速度，这种方法即为电解质脉冲法。该方法从理论和初步测量结果来看是可行的，但其可行性还需要用大量的实验进行验证，分析泥沙含量、流速和流量对测量结果的影响。由于在野外或室内不规范的条件下，至今没有一种好的方法对薄层水流流速进行比较准确的测量，因此只有在室内设置规范的模拟水梢，建立盐液在水流中迁移的数学模型，并求得解析解，经模数转换后用最小二乘法对电解质迁移的数学模型进行拟合，计算出水流速度。同时，用质心运动速度和流量法的测量结果对这种方法进行验证。2、简述泥沙颗粒级配的测量方法。(1)传统的泥沙颗粒分析方法黄河泥沙颗粒级配分析

5、工作始于1950年，于1960年开始使用基于沉降原理操作较为方便的粒径计法替代之前操作繁琐的滴漏管法随着光电技术和计算机技术的发展，黄委水文局于1980年研制并应用了基于光衰原理的消光法颗分仪器光电颗分仪，实现了与计算机的对接存储和成果输出，是泥沙颗粒分析方法和手段的一次重要技术进步。由于传统的泥沙颗粒分析方法均基于颗粒为球体这一假设，其粒径按等效标准球体颗粒的沉降原理测量，因此吸管法（移液管法）的测量原理最直观。尽管该方法为全手工操作，步骤也较为烦琐，但仍被作为检验其他颗分方法测试精度的标准方法筛分法是利用一套标准筛，通过手

6、动或振筛机机械振动来分选泥沙颗粒的方法，适用于粒径大于62pi的较粗泥沙。该方法手工干预环节多技术含量低，但因操作简单且对环境条件和器具设备耍求低，特别是对lOOO^in以上的粗泥沙部分分析有绝对优势，故一直被保留使用。以上几种方法是测试泥沙颗粒级配的经典方法，在黄河上应用了几十年,积累了大量的泥沙颗粒分析资料然而，这些传统方法普遍存在自动化程度低手工操作环节多分析时间长成果精度受人为因素制约等问题。（2）泥沙颗粒分析新技术激光粒度分析技术（简称激光法）的原理是米氏全散射理论和弗朗霍夫衍射理论。让一束平行单色光照射样品池中的颗

7、粒，使之产生光的衍射、散射，小颗粒散射（衍射）角大，大颗粒散射（衍射）角小。大小不同的颗粒衍射、散射后的光投向布置在不同方向的光接收器（检测器），再经光电转换器将接受的光能信息通过计算模型转化成粒级级配分布的信息。若被测试样品为泥沙，则测试结果即泥沙粒径级配。在线粒度分析技术在线粒度分析技术（OPUS,简称超声法）棊于超声衰减原理，实施测量的基础是Lambert-Beer定律。OPUS频段范围为100kHz〜200MHz,使用时可在这个范围选择任意子频段，选定的子频段自动划分为31个频率点，按从高频点到低频点的顺序检测，过程耗

8、时约60s。将这31个频率点的测验信号代入模型，可形成31个方程，进而解算出1个浓度值和30个粒度值，即所需的含沙量和泥沙颗粒级配信息。动态泥沙粒形分析技术动态泥沙粒形分析技术（QICPIC，简称图像法）的工作原理:在颗粒运动过程中采用同步照像或频闪捕捉技术拍摄运动颗粒图像，