河流模拟物理模试验夏云峰余文畴

《河流模拟物理模试验夏云峰余文畴》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、河流模拟物理模型试验（夏云峰余文畴）第一节河流模拟基本原理及物理模型试验选用一、河流模拟相似的一般原理河流模拟相似必须遵循下述一些基本条件：（1）模型的流动现象和原型的现象应当属同一类型，即为同一物理规律所描述，如天然河流一般处于紊流状态，这就要求模型也必须为紊流。（2）模型和原型对应断面上，决定性相似准数相等，只有成自动模拟时，才可以不遵守该条件。如天然河流一般处于阻力平方区，流动阻力系数不再随雷诺数变化而变化，当模型也处于阻力平方区，模型处于自模区，只需保证弗如德数和阻力相似准数相等，雷诺数相等可以不需保证。（3）模型和原型的同名物理量的相似常数相等。（4）模型和原型须

2、成几何相似。但受场地、供水、量测和流动特性等条件限制，往往要采用平面比尺和垂直比尺不同的所谓变态模型，实践经验表明，在一定条件下，变态模型仍具备足够的相似性。（5）模型的时间条件应当和原性的时间条件相似。（6）模型的边界条件和初始条件应当和原性的边界条件和初始条件相似。二、物理模型试验的类型本文涉及的物理模型试验是指河工模型试验，试验分类依据模型试验的作用和性质等来区分。（1）按建设项目不同种类分，有防洪工程模型，河道治理工程模型，航道及港口工程模型，桥隧工程模型等。（2）按水流运动性质分，有潮汐河工模型，无潮河工模型。（3）按模型几何相似程度分，有正态河工模型和变态河工模

3、型。－16－（4）按河床的活动性分，有定床河工模型和动床河工模型。（5）按泥沙输移性质分，有推移质定床输沙模型、推移质动床模型、悬移质定床淤积模型和悬移质动床模型。三、物理模型试验的选用1、物理模型试验的选用原则河道管理范围内建设项目防洪评价涉及的模型试验专题研究其模型试验选用基于以下原则。（1）河道及建设项目的重要性①建设项目所在河段有重要的防洪任务或重要防洪工程的建设项目。②建设项目本身承担着所在河段重要的防洪任务。③建设项目是所在河段较大的涉水建设工程。④建设项目将对所在河段河势稳定可能产生一定的影响。⑤建设项目将对所在河段水动力环境和河床冲淤可能产生较大影响。（2）

4、建设项目对防洪影响的敏感性①建设项目所在河段的有一定的防洪风险，项目建设对防洪影响的敏感性增强。②建设项目对所在河段重要的防洪工程影响的敏感性较明显。（3）建设项目对第三人合法水事权益影响的敏感性建设项目所在河段有重要的其它设施，该设施运行的合法水事权益受建设项目影响的敏感度较明显。2、物理模型试验的选用的一般情况建设项目根据其所在河道和本身的重要性以及影响的敏感性，开展物理模型试验专题研究。如重要河流长江、黄河、淮河、松花江、－16－珠江等流域的干流和主要支流，其重大的水电工程、河道整治工程、航道整治工程、涉水桥隧工程、电厂码头和取排水工程、港口码头工程、围滩造地工程等需

5、进行物理模型试验研究。第二节物理模型的建立与验证一、模型试验的相似条件1、水流运动相似条件河道平面水流运动方程为：连续性方程：运动方程：式中：U，V为x，y方向垂线平均流速；为水位；H为水深；C为谢才系数，，n为曼宁糙率系数。由上述各式得下列相似条件：重力相似：阻力相似：水流运动时间相似：式中：为水平比尺；为垂直比尺；、分别为流速比尺，为谢才系数比尺，为糙率比尺，为水流运动时间比尺。上式中包含重力相似，阻力相似和水流运动时间相似－16－。需要指出的是，对于潮汐河口段大都河道宽浅，水流惯性力和阻力影响占主导地位，科氏力影响很小，一般模型试验可以忽略。模型设计时，为保证模型和原

6、型水流运动相似，还必须满足以下限制条件：①模型水流运动应处于紊流的阻力平方区，要求模型水流雷诺数满足，为此，模型垂直比尺应满足下列公式要求：式中：UP，HP分别为原型的平均流速和水深；为模型液体粘滞系数；为原型水流阻力系数，。②为避免模型内水流运动受表面张力的影响，要求模型水深：③模型糙率一般在0.012~0.03范围内较适宜。④模型变率的限制从相似理论来说，几何相似是一切相似的基础。模型变态会引起垂线流速分布以及弯道环流相似性偏离，一般来讲，河工模型变率允许到6左右。2、推移质运动相似条件推移质运动相似应满足推移质输沙能力相似条件和相对输沙量相似条件。①起动相似：可以满足

7、推移质输沙能力相似条件。②推移质相对输沙量相似要求满足下列相似条件：3、悬移质运动相似条件①泥沙沉降相似：－16－②泥沙悬浮相似：③泥沙起动相似：④输沙能力相似：在模型设计中，变态模型中表示水体中泥沙沉降轨迹相似条件和泥沙紊动扩散达到含沙量沿垂线分布相似条件很难同时满足，同时考虑沉降和悬浮相似，则，式中：m为指数，介于0.5~1之间，因此，m指数的选取原则上根据模型试验研究的内容结合相似条件的物理意义取舍。4、河床变形相似条件动床模型试验的最终目标，是研究河床冲淤变形，预测建设项目对所在河段河势及滩槽冲淤变化的影响