水力学实验5.水工模型试验基础

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注册土木工程师(水利水电工程)基础资格考试考试大纲

附件1勘察设计注册土木工程师（水利水电工程）资格考试基础考试大纲一、高等数学1.1 空间解析几何向量代数直线平面柱面旋转曲面二次曲面空间曲线1.2 微分学极限连续导数微分偏导数全微分导数与微分的应用1.3 积分学不定积分定积分广义积分二重积分三重积分平面曲线积分积分应用1.4 无穷级数数项级数幂级数泰勒级数傅里叶级数1.5 常微分方程可分离变量方程一阶线性方程可降阶方程常系数线性方程1.6 概率与数理统计随机事件与概率古典概型一维随机变量的分布和数字特征数理统计参数估计假设检验方差分析一元回归分析1.7 向量分析1.8 线性代数行列式矩阵 n维向量线性方程组矩阵的特征值与特征向量二次型二、普通物理2.1 热学气体状态参量平衡态理想气体状态方程理想气体的压力和温度的统计解释能量按自由度均分原理理想气体内能平均碰撞次数和平均自由程麦克斯韦速率分布律功热量内能热力学第一定律及其对理想气体等值过程和绝热过程的应用气体的摩尔热容循环过程热机效率热力学第二定律及其统计意义可逆过程和不可逆过程熵2.2 波动学机械波的产生和传播简谐波表达式波的能量驻波声速超声波次声波多普勒效应2.3 光学相干光的获得杨氏双缝干涉光程薄膜干涉迈克尔干涉仪惠更斯一菲涅耳原理单缝衍射光学仪器分辨本领 x射线衍射自然光和偏振光布儒斯特定律马吕斯定律双折射现象偏振光的干涉人工双折射及应用三、普通化学3.1 物质结构与物质状态原子核外电子分布原子、离子的电子结构式原子轨道和电子云离子键特征共价键特征及类型分子结构式杂化轨道及分子空间构型极性分子与非极性分子分子间力与氢键分压定律及计算液体蒸气压沸点汽化热晶体类型与物质性质的关系3.2 溶液溶液的浓度及计算非电解质稀溶液通性及计算渗透压电解质溶液的电离平衡电离常数及计算同离子效应和缓冲溶液水的离子积及pH值盐类水解平衡及溶液的酸碱性多相离子平衡溶度积常数溶解度计算3.3 周期表周期表结构周期族原子结构与周期表关系元素性质氧化物及其水化物的酸碱性递变规律3.4 化学反应方程式化学反应速率与化学平衡化学反应方程式写法及计算反应热热化学反应方程式写法化学反应速率表示方法浓度、温度对反应速率的影响速率常数与反应级数活化能及催化剂化学平衡特征及平衡常数表达式化学平衡移动原理及计算压力熵与化学反应方向判断3.5 氧化还原与电化学氧化剂与还原剂氧化还原反应方程式写法及配平原电池组成及符号电极反应与电池反应标准电极电势能斯特方程及电极电势的应用电解与金属腐蚀3.6 有机化学有机物特点、分类及命名官能团及分子结构式有机物的重要化学反应：加成取代消去氧化加聚与缩聚典型有机物的分子式、性质及用途：甲烷乙炔苯甲苯乙醇酚乙醛乙酸乙酯乙胺苯胺聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯酸酯类工程塑料(ABS) 橡胶尼龙66四、理论力学4.1 静力学平衡刚体力约束静力学公理受力分析力对点之矩力对轴之矩力偶理论力系的简化主矢主矩力系的平衡物体系统(含平面静定桁架)的平衡滑动摩擦摩擦角自锁考虑滑动摩擦时物体系统的平衡重心4.2 运动学点的运动方程轨迹速度和加速度刚体的平动刚体的定轴转动转动方程角速度和角加速度刚体内任一点的速度和加速度4.3 动力学动力学基本定律质点运动微分方程动量冲量动量定理动量守恒的条件质心质心运动定理质心运动守恒的条件动量矩动量矩定理动量矩守恒的条件刚体的定轴转动微分方程转动惯量回转半径转动惯量的平行轴定理功动能势能动能定理机械能守恒惯性力刚体惯性力系的简化达朗伯原理单自由度系统线性振动的微分方程振动周期频率和振幅约束自由度广义坐标虚位移理想约束虚位移原理五、材料力学5.1 轴力和轴力图拉、压杆横截面和斜截面上的应力强度条件虎克定律和位移计算应变能计算5.2 剪切和挤压的实用计算剪切虎克定律切(剪)应力互等定理5.3 外力偶矩的计算扭矩和扭矩图圆轴扭转切(剪)应力及强度条件扭转角计算及刚度条件扭转应变能计算5.4 静矩和形心惯性矩和惯性积平行移轴公式形心主惯性矩5.5 梁的内力方程切(剪)力图和弯矩图分布载荷、剪力、弯矩之间的微分关系正应力强度条件切(剪)应力强度条件梁的合理截面弯曲中心概念求梁变形的积分法叠加法和卡氏第二定理5.6 平面应力状态分析的数值解法和图解法一点应力状态的主应力和最大切(剪)应力广义虎克定律四个常用的强度理论5.7 斜弯曲偏心压缩(或拉伸) 拉—弯或压—弯组合扭—弯组合5.8 细长压杆的临界力公式欧拉公式的适用范围临界应力总图和经验公式压杆的稳定校核六、流体力学6.1 流体的主要物理性质6.2 流体静力学流体静压强重力作用下静水压强的分布规律总压力的计算6.3 流体动力学基础以流场为对象描述流动流体运动的总流分析恒定总流连续性方程、能量方程和动量方程6.4 流动阻力和水头损失实际流体的两种流态—层流和紊流圆管中层流运动、紊流运动的特征沿程水头损失和局部水头损失边界层附面层基本概念和绕流阻力6.5 孔口、管嘴出流有压管道恒定流6.6 明渠恒定均匀流6.7 渗流定律井和集水廊道6.8 相似原理和量纲分析6.9 流体运动参数(流速、流量、压强)的测量七、计算机应用技术7.1 计算机应用技术硬件的组成及功能软件的组成及功能数制转换7.2 Windows操作系统基本知识、系统启动有关目录、文件、磁盘及其它操作网络功能注：以Windows 98为基础7.3 计算机程序设计语言程序结构与基本规定数据变量数组指针赋值语句输入输出的语句转移语句条件语句选择语句循环语句函数子程序(或称过程) 顺序文件随机文件注：鉴于目前情况，暂采用FORTRAN语言八、电工电子技术8.1 电场与磁场库仑定律高斯定理环路定律电磁感应定律8.2 直流电路电路基本元件欧姆定律基尔霍夫定律叠加原理戴维南定理8.3 正弦交流电路正弦量三要素有效值复阻抗单相和三相电路计算功率及功率因数串联与并联谐振安全用电常识8.4 RC和RL电路暂态过程三要素分析法8.5 变压器与电动机变压器的电压、电流和阻抗变换三相异步电动机的使用常用继电—接触器控制电路8.6 二极管及整流、滤波、稳压电路8.7 三极管及单管放大电路8.8 运算放大器理想运放组成的比例加、减和积分运算电路8.9 门电路和触发器基本门电路 RS、D、JK触发器九、工程经济9.1 现金流量构成与资金等值计算现金流量投资资产固定资产折旧成本经营成本销售收入利润工程项目投资涉及的主要税种资金等值计算的常用公式及应用复利系数表的用法9.2 投资经济效果评价方法和参数净现值内部收益率净年值费用现值费用年值差额内部收益率投资回收期基准折现率备选方案的类型寿命相等方案与寿命不等方案的比选9.3 不确定性分析盈亏平衡分析盈亏平衡点固定成本变动成本单因素敏感性分析敏感因素9.4 投资项目的财务评价工业投资项目可行性研究的基本内容投资项目财务评价的目标与工作内容赢利能力分析资金筹措的主要方式资金成本债务偿还的主要方式基础财务报表全投资经济效果与自有资金经济效果全投资现金流量表与自有资金现金流量表财务效果计算偿债能力分析改扩建和技术改造投资项目财务评价的特点(相对新建项目)9.5 价值工程价值工程的内容与实施步骤功能分析十、水力学10.1 水静力学静水压强绝对压强相对压强真空及真空度作用于物体上的静水总压力10.2 液体运动的一元流分析法恒定流与非恒定流迹线与流线流管过水断面流量断面平均流速恒定一元流连续性方程能量方程式渐变流急变流10.3 层流、紊流及其水头损失湿周水力半径均匀流非均匀流沿程水头损失达西公式层流紊流雷诺数谢才公式局部水头损失10.4 有压管中恒定均匀流计算基本公式串联管道并联管道分叉管道沿程均匀泄流管道10.5 明渠恒定均匀流计算基本公式明渠均匀流粗糙度不同的明渠复式断面明渠10.6 明渠恒定非均匀流缓流临界流急流弗汝德数临界水深临界底坡棱柱体明渠渐变流水面曲线分析及计算水跃水跃方程共轭水深及水跃长度计算10.7 堰流及闸孔出流的水力计算计算公式薄壁堰实用堰宽顶堰闸孔出流10.8 泄水建筑物下游的水力衔接与消能底流式消能挑流式消能面流式消能消力戽式消能10.9 隧洞的水力计算水流状态及判断有压隧洞无压隧洞10.10 渗流达西定律渗透系数恒定均匀渗流与非均匀渗流恒定渐变渗流的浸润曲线形式及计算10.11 高速水流脉动压力气蚀掺气冲击波10.12 水工模型试验基础力学相似：几何相似运动相似动力相似相似准则：重力相似准则阻力相似准则动水压力相似准则十一、岩土力学11.1 土的组成和物理性质三项指标土的三项组成和三项指标土的矿物组成和颗粒级配土的结构黏性土的界限含水量塑性指数液性指数砂土的相对密实度土的最佳含水量和最大干密度土的工程分类11.2 土中应力分布及计算土的自重应力基础地面压力基底附加压力土中附加应力11.3 土的压缩性与地基沉降压缩试验压缩曲线压缩系数压缩指数回弹指数压缩模量载荷试验变形模量高压固结试验土的应力历史先期固结压力超固结比正常固结土超固结土欠固结土沉降计算的弹性理论法分层总合法有效应力原理一维固结理论固结系数固结度11.4 土的抗剪强度土中一点的应力状态库仑定律土的极限平衡条件内摩擦角黏聚力直剪试验及其适用条件三轴试验总应力法有效应力法11.5 特殊性土软土黄土膨胀土红粘土盐渍土冻土填土可液化土11.6 土压力静止土压力主动土压力被动土压力朗肯土压力理论库仑土压力理论11.7 边坡稳定分析土坡滑动失稳的机理均质土坡的稳定分析土坡稳定分析的条分法11.8 地基承载力地基破坏的过程地基破坏型式临塑荷载和临界荷载地基极限承载力斯肯普敦公式太沙基公式汉森公式11.9 岩石的物理性质岩石的破坏机理与强度岩石的变形岩体的工程分类围岩稳定性岩坡稳定性分析十二、结构力学12.1 平面体系的几何组成几何不变体系的组成规律及其应用12.2 静定结构受力分析与特性静定结构受力分析方法反力内力的计算与内力图的绘制静定结构特性及其应用12.3 静定结构位移广义力与广义位移虚功原理单位荷载法荷载下静定结构的位移计算图乘法支座位移和温度变化引起的位移互等定理及其应用12.4 超静定结构受力分析及特征超静定次数力法基本体系力法方程及其意义等截面直杆刚度方程位移法基本未知量、基本体系、基本方程及其意义等截面直杆的转动刚度力矩分配系数与传递系数单结点的力矩分配对称性利用超静定结构位移超静定结构特性12.5 影响线极其应用静力法做影响线机动法做影响线连续梁的影响线影响线的应用12.6 结构动力特性与动力反应单自由度体系自振周期频率振幅与最大动内力阻尼对振动的影响十三、钢筋混凝土结构13.1 材料性能钢筋混凝土13.2 设计原则结构功能极限状态及其设计表达式可靠度13.3 承载能力极限状态计算受弯构件受扭构件受压构件受拉构件冲切局压疲劳13.4 正常使用极限状态验算抗裂裂缝挠度13.5 预应力混凝土轴拉构件受弯构件13.6 肋形结构及刚架结构整体式单向板肋形结构双向板肋形结构刚架结构牛腿柱下基础13.7 抗震设计一般规定构造要求十四、工程测量14.1 测量工作特点形状和大小地面点位的确定测量工作基本概念14.2 水准测量水准测量原理水准仪的构造使用和检验校正水准测量方法及成果整理14.3 角度测量经纬仪的构造使用和检验校正水平角观测垂直角观测14.4 距离测量卷尺量距视距测量光电测距14.5 测量误差测量误差分类与特性评定精度的标准观测值的精度评定误差传播定律14.6 控制测量平面控制网的定位与定向导线测量交会定点高程控制测量14.7 地形图测绘地形图基本知识地物平面图测绘等高线地形图测绘14.8 地形图应用地形图应用的基本技术工程设计中的地形图应用规划设计中的地形图应用14.9 工程测量工程控制测量施工放样测量安装测量建筑物变形观测14.10 3S技术RS的基本技术及数字图象GIS 的基本要求GPS的基本要求及定位技术3S技术在水利工程中的应用十五、建筑材料15.1 材料科学与物质结构材料的组成：化学组成矿物组成及其对材料性质的影响材料的微观机构及其对材料性质的影响：原子结构离子键金属键共价键晶体与无定型体（玻璃体）材料的宏观机构及其对材料性质的影响15.2 建筑材料的性质密度表观密度与堆积密度孔隙与孔隙率15.3 建筑材料的工程特征材料的力学性能亲水性与憎水性吸水性与吸湿性耐水性抗水性抗冻性导热性与变形性脆性与韧性15.4 无机胶凝材料气硬性胶凝材料石膏和石灰技术性质与应用15.5 水硬性胶凝材料水泥的组成水化与凝结硬化机理性能与应用15.6 混凝土原材料技术要求拌合物的和易性及影响因素强度性能与变形性能耐久性抗渗性抗冻性碱－骨料反应混凝土外加计与配合比设计15.7 建筑钢材组成、组织与性能的关系加工处理及其对钢材性能的影响建筑钢材和种类与选用15.8 土工合成材料常见土工合成材料的特性及工程应用十六、工程水文学基础16.1 水文循环与径流形成水文循环与水量平衡河流与流域降水土壤水、下渗与地下水径流16.2 水文测验水位观测流量测验泥沙测验与计算水文调查水文数据处理16.3 流域产、汇流降雨径流要素产流计算汇流计算16.4 设计洪水水文频率分析样本分析相关分析设计洪水计算16.5 设计年径流频率分析时程分配勘察设计注册土木工程师（水利水电工程）资格考试基础考试分科题量、时间、分数分配说明上午段：高等数学24题流体力学12题普通物理12题计算机应用技术10题普通化学12题电工电子技术12题理论力学13题工程经济10题材料力学15题合计120题，每题1分。

水力学实验报告

水力学实验报告序言水力学是一门研究液体静力学和动力学的学科。

水力学实验是水利工程领域中不可缺少的一环，通过实验可以验证理论，提高实践能力和解决工程实际问题。

本文主要是笔者在进行水力学实验并出具实验报告的实践过程，与读者分享一下实验过程的心路历程。

实验介绍此次实验是“小型水力模型试验台”的试验。

实验装置主要包括进水系统、调节系统、出水系统和测量系统。

整个实验过程需要作出流量测试、阻力特性测试和水力特性测试。

流量测试在进行流量测试之前，首先要开启离心泵。

如此才能将实验用的水泵到台面上。

如果水量不足，则需要向离心泵中注入水。

待水力模型试验台接通电源过后，调整水流流量、流速和水压。

这是一个重要的环节，需要耐心调节，保证测试过程中数据的准确性和可靠性。

阻力特性测试阻力特性测试是需要用到静水压力计的。

在测试中，静水压力计一定要正确地安装在不同位置，以保证数据的准确性。

实验开始的时候需要观察静水位的实际高度和基准面的高度是否相同，如果不同则需要调整。

测试时需要设置不同的流量，通过观察静水位的高度变化，即可得出对应的阻力特性特性数据。

水力特性测试在进行水力特性测试之前，需要准备好测量水压、温度和电流的相关设备。

为了保证测试数据可靠性，需要在控制器上对流量进行调节和控制，确定流量大小。

实验的水压力计需要被安装在水力模型试验台的上游和下游位置，以便对流动情况进行观察和分析。

同时，为了保证水的稳定流动，设备需要进行调节处理。

实验开始后，可以通过直接读取或者计算等方法得到水的流速、流量和阻力数据信息。

根据得到的数据，可以分析出不同条件下的水力特性特征值。

实验结论从实验结果来看，不同位置的水压和流量是有不同的变化规律的。

在流量相同情况下，水压值随着离水的位置递减。

而水的流速和流量则与其位置是正比例关系，具有很大的相关性。

因此我们可以得出，水的流动状态是很复杂的，是由多个因素综合作用而形成的。

在实际工程中，我们需要仔细考虑这些因素，制定合理的方案。

注册土木工程师执业资格考试《专业基础考试》历年考点一览表考点详解及强化训练(水工模型试验基础)

第十二节水工模型试验基础12.1 历年考点一览表12.2 考点详解考点一：液流相似原理（理解记忆）★两液流力学相似必须满足几何相似、运动相似、动力相似和边界条件相似，对于非恒定流还需满足初始条件相似。

1．几何相似如果原型与模型上的任意相应线段成某一固定比例，则称为几何相似。

设p代表原型，m代表模型，λ代表原模型上的同量之比或比例尺，λ的脚标代表某一物理量。

例如λl就代表长度比例尺，则两相似液流的长度、面积和体积比例尺分别为：λl＝l p/l m，λA＝A p/A m＝λl2，λV＝V p/V m＝λl32．运动相似如果原型与模型上相应点的速度和加速度方向相同，大小成某一固定比例，则称为运动相似。

如果取时间比例尺λt ＝t p /t m ，则速度和加速度的比例尺分别为：λV ＝v p /v m ＝λl /λt ，λa ＝a p /a m ＝λl /λt 23．动力相似如果原型与模型上相应点作用的同名力方向相同，大小成某一固定比例，则称为动力相似。

这时力的比例尺为λF ＝F p /F m ，F 可为合力、重力、阻力、弹性力和惯性力等。

4．边界条件相似如果原型与模型上约束液流运动的边界形状几何相似和边界性质相同，则称为边界条件相似。

几何相似是运动相似和动力相似的前提，动力相似是决定两个水流运动相似的主导，运动相似是几何相似和动力相似的表现。

考点二：液流相似准则 ★★★1．重力相似准则作用力只有重力时或起主导作用的力是重力时（如流经闸、坝的水流），两个相似系统的弗劳德数相等，即满足22pm p p m mv v g l g l则称为重力相似准则。

现将几种常用物理量的比尺和模型比尺推导如下：（1）流速比尺0.5p V Lmv v λλ=== （2）流量比尺2.5p Q A V LmQ Q λλλλ=== （3）时间比尺0.5V t L Qλλλλ==【典型例题】对某弧形闸门的闸下出流进行试验研究。

原型、模型采用同样的介质，原型与模型几何相似比为10，在模型上测得水流对闸门的作用力是400N ，水跃损失的功率是0.2kW ，则原型上水流对闸门的作用力、水跃损失的功率分别是（）。

水工模型试验测量技术综述

水工模型试验测量技术综述摘要:水工模型试验是解决工程实际问题，为理论研究和工程设计提供依据的重要手段。

基础数据的准确度与精确度直接关系到试验成果的质量，因此试验中的测量技术非常关键。

流速、流量、水位、压力、地形、泥沙含量等是模型试验中测量的主要数据，本文主要介绍了模型试验中这些数据的测量技术及存在的问题。

关键字:水工模型试验测量方法发展现状问题分析引言水工模型试验是根据相似原理，按照一定的相似比将需要研究的对象，如河流、水工建筑物等按一定比例缩小后，在缩小的模型中复演与原型相似的水流，进行水工建筑物各种水力学问题研究的实验技术，旨在定性或定量的揭示其运动规律或水力学特性，为理论研究和工程设计等提供依据。

自1870年弗劳德(Froude)首先按水流相似准则进行了船舶模型试验以来，随着水利事业的发展，水工模型试验水平在很大程度上有了提高，在理论设计、模型制作、试验测量、数据处理等方面都有了创新突破和发展。

模型试验中的数据测量对试验结果的质量起着至关重要的作用，数据的精确度和准确度直接关系到科研成果的质量。

在水工模型试验中主要需要控制和测量的参数有流速、流量、水位、压力、地形、泥沙等，测量仪器的精度、范围、性能等决定着测量结果的准确性，因而优良的测量技术是模型试验的前提和保障。

近年来随着激光技术、超声波技术、计算机技术及数字图像处理技术等先进技术的发展，模型试验测量技术有了较快的发展，但尚存在一些问题有待进一步研究，本文主要论述模型试验测量技术的发展及现在存在的一些问题。

1.发展现状1.1流速测量技术流体的流速是流场最基本的物理量之一，对流体流动特性的认识很大程度上取决于流场的获得，而大多数描述流场的物理量都直接或间接与流速有关，如环量、涡量、流函数、流速势函数等等。

在模型试验中流速的测量非常重要，随着技术的创新突破，流速的测量技术取得了较快的发展，从单点流速测量发展到多点测量，从单向到多向、从稳态向瞬态发展，从毕托管、旋浆流速仪、热线/热膜流速仪、电磁流速仪、超声波多普勒流速仪（ADV）、激光多普勒流速仪（LDV）、粒子图像测速仪（PIV）发展到VDMS法[1-3]。

水力学课件第13章水力模型试验基本原理w

第几何尺寸要求不同。
十二
若要速度比尺相等，则
章
1
L2
L
3
L2
水力模
如取： L
Lp Lm
10,
p m
31.6
型
试
验基
则
本
m
p
31.6
实验用流体很难得到
原
理即使配方得到，实验成本很高。因此，要分析什么
力起主导作用，保证其相似准则相等，其次略去。
水力学
第怎样判别哪些是决定性准则呢？可用定理来确定。十或由经验决定。
第十
满足，只可能让起主导作用的相似准则数满足。
二章
例如：在几何相似前提下，既要满足 Fr数又要满足 Re数，就有
水
力模型试
Vm2 Vp2
和
gm Lm g p Lp
Vm Lm Vp Lp
m
p
验
基本
在同一地点，用不同种流体做实验
原
理
1
V L2
V
L
水力学
由此可见，要同时满足两种准则数，对原型和模型的
2h f
k1
1
ln f lnh 2 ln A
原理
以f的边界条件代入上式得k1=0，故上式变为: 分离变量
df 2h f 0 它的通解为： dh
f k0eh2
水力学c - M 1 [ f (h) h f ]
t 2 4 Dt
h
第十二章
D
2c x 2
=-
M 1 2 f
4 Dt 4t h 2
二章
水明渠、水上飞行器、船舶阻力实验以 Fr数为主。
力有压管流、液压油流、低速绕流 Re 数为主

水工模型试验及检测

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2.1 量纲和单位
量纲
– 基本量纲导出量纲
可由基本量纲推导的其他物理量的量纲，如速度、加速度、密度等。 [V ] [L]/[T ] [LT 1] [a] [V ]/[T ] [LT 2 ]
[] [M ]/[L3] [ML2 ]
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二、量纲分析
水工
1. 量纲和单位 2. 量纲和谐原理 3. 量纲分析法
模
型
试
验
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二、量纲分析
水工
量纲和单位 2. 量纲和谐原理 3. 量纲分析法
模
型
试
验
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2.1 量纲和单位 “内容和形式的关系
”
量纲
“物质的物理性质”
– 用来表示物理量的性质和类别，可用简单的字母表示，其符号是[ ]。例如长度的量纲是
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4、发展简史
相似现象学说
–1686年牛顿发现液体内摩擦定律，并制定液体内摩阻力相似定律；
–1848年别尔特兰首先确定相似现象的基本性质，并提出量纲分析的方法；
–1870年，佛汝德进行船舶模型试验，提出了著名的Fr 数，奠定了重力相似律的基础；
–1871年，费弄－哈哥特进行了莱因河口模型试验;
–相似理论和实验技术方面：爱斯纳(F.Eisner)、巴甫洛夫斯基、基尔皮契夫和尼古拉兹等
国外规模较大的著名水工试验室:
–美国陆军工程兵团水道实验站
–前苏联全苏水工科学研究所
–法国夏都国家水力学试验室
–荷兰台尔夫特水力研究所

水力学(山东交通学院)智慧树知到答案章节测试2023年

绪论单元测试1.流体不能承受拉力和静态剪力。

A:对B:错答案:A2.水静力学研究液体平衡的规律。

A:对B:错答案:A3.水动力学研究液体运动的规律。

A:对B:错答案:A4.液体层与层之间因滑动而产生内摩擦力，具有内摩擦力的液体叫（）或（）。

A:实际液体B:粘性液体C:理想液体D:无粘性液体答案:AB5.液体压缩性的大小以（）或体积模量来表示。

A:弹性B:弹性模量C:压缩性D:体积压缩率答案:D6.连续介质假定忽略物质的具体微观结构，用一组偏微分方程来表达宏观物理量（如质量，速度，压力等）。

这些方程包括（）。

A:本构方程B:质量守恒方程C:能量守恒方程D:动量守恒方程答案:ABCD7.理想流体是指( )A:不可压缩B:没有粘滞性C:不能膨胀D:没有表面张力答案:ABCD8.表面力是作用于液体的表面上，并与受作用的表面面积成正比的力。

（）A:错B:对答案:B9.质量力是指通过液体质量而起作用，其大小与质量成正比的力。

（）A:错B:对答案:B10.作用在液体上的力分为表面力和（）。

A:质量力B:切应力C:总作用力D:表面应力答案:A第一章测试1.静水压力是指水体内部相邻两部分之间相互作用的力或指水体对固体壁面的作用力A:错B:对答案:B2.正压性是指静水压强的方向必垂直地指向受压面A:错B:对答案:B3.等压面是同种连续静止液体中，压强相等的点组成的面。

A:对B:错答案:A4.静水压强基本方程表示在重力作用下静止流体中各点的单位重量流体的总势能（）。

A:不平衡B:平衡C:相等D:不相等答案:C5.重力作用下静止流体中各点的静水头都相等。

（）A:错B:对答案:B6.金属测压计用于测定较大压强。

（）A:对B:错答案:A7.作用在平面上的静水总压力的计算方法有（）和（）。

A:欧拉法B:拉格朗日法C:解析法D:图解法答案:CD8.根据静水压强公式以及静水压强垂直并指向受压面的特点，可利用图形来表示静水压强的（）和（）。

水工模型试验-福大土木工程实验教学中心

福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心学生实验教学大纲适用年级2006一、课程中英文名称中文名称水工模型试验（课程实验）英文名称Hydraulic Model Practice二、授课对象与学时授课对象06级水利水电工程总学时30学时其中实验（上机）学时20学时三、本课程与其他课程的联系先修课程《高等数学》、《水力学》、《结构力学》、《材料力学》后续课程四、课程的教学目的水流运动是一种非常复杂的自然现象，对各种作用力存在的情况和它们发展的规律可通过水工模型实验来复演或预演原型的复杂水流现象，通过方案比较和修改可获得水工建筑物的优化布置和体型，从而为水利工程规划、设计、运行、管理提供科学的理论和技术的指导。

目前在许多领域里采用水工模型以解决工程问题已成为公认的标准方法。

（1）通过学习学生要了解水力模型试验的基本原理，掌握相似性试验理论。

2 ）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型、管道模（2型和地下水模型等模型设计原理。

3 ）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型、管道模（3型和地下水模型等模型试验技术及工程实例说明。

（4）了解水力模型试验的现状与学术水平。

五、课程教学的主要内容（一）水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习（必修）实验项目1:1:水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习（必修）知识点：通过参观、学习，了解各种量测仪器的工作原理、用途，掌握使用方法，介绍流速量测仪器的种类和各种应用条件，介绍国内外水工模型试验的基本方法。

重点：各种水工模型试验量测仪器的认识、适用条件和使用方法；各种量测仪器的工作原理和用途及选择；实验操作规程难点：国内外水工模型试验的基本方法认识，多点流速测量系统和ADV测速系统的使用方法水工建筑物模型一一泄水建筑物消能型式（必修）2:水工建筑物模型一一泄水建筑物消能型式（必修）实验项目2:知识点：运用模型试验基本原理，掌握按重力相似准则设计整体和局部模型时模型比尺的选择方法，制作与设计水工建筑物模型，测量泄水建筑物的水流流态、流速、压力等水力参数，并根据设计的泄水建筑物体型，计算该泄水工建筑物模型，测量泄水建筑物的水流流态、流速、压力等水力参数，并根据设计的泄水建筑物体型，计算该泄水建筑物的消能率，并分析设计方案的可行性和合理性，并应用所学数学知识，处理和分析实验数据，并根据分析结能率，并分析设计方案的可行性和合理性，并应用所学数学知识，处理和分析实验数据，并根据分析结果给岀设计推荐方案和设计方案的修改建议。

869《水力学》考试大纲

869《水力学》考试大纲一、考试的基本要求掌握水力学的基本概念、基本原理及基本计算，掌握实验的基本技能，并具有一定的分析、解决本专业涉及水力学问题的能力。

二、考试方式和考试时间闭卷考试，总分150，考试时间为3小时。

三、参考书目《工程流体力学》（水力学）（第三版）上册、下册，闻德荪主编，高等教育出版社四、试题类型：主要包括选择题、填空题、作图题、计算题、综合案例题等类型，并根据每年的考试要求做相应调整。

五、考试内容及要求第一章绪论1.工程流体力学的任务及其发展简史2. 连续介质假设·流体的主要物理性质3. 作用在流体上的力4.工程流体力学的研究方法基本要求：了解流体力学的任务及发展简史；理解连续介质假设含义；掌握流体的主要物理力学性质；理解流体的粘滞性、掌握牛顿内摩擦定律、掌握作用于流体上的质量力和表面力；了解工程流体力学的研究方法。

第二章流体静力学1．流体静压强特性，2．流体的平衡微分方程——欧拉平衡微分方程3．流体静力学基本方程4．液体的相对平衡5．压缩气体中的压强分布规律6．作用在平面上的液体总压力7．作用在曲面上的液体总压力8．力和潜体及浮体的稳定基本要求：熟练掌握静压强的特性，静压强三种计量单位和表示方法，相对平衡压强分布规律，平面及曲面上静水总压力大小、方向及作用点，压力体的概念及绘制。

第三章流体运动学1．描述流体运动的两种方法2．描述流体运动的一些基本概念3．流体运动的类型4．流体运动的连续性方程基本要求：掌握拉格朗日方法和欧拉方法的异同，流量、断面平均速度等概念，均匀流、恒定流特点，流线的特点。

掌握连续性方程及其应用。

第四章理想流体动力学1．理想流体的运动微分方程2．理想流体元流的伯努利方程基本要求：掌握元流伯努利方程的推导及应用。

第五章实际流体动力学基础1．实际流体的N---S2．实际流体元流的伯努利方程3．实际流体总流的伯努利方程4．不可压缩气体的伯努利方程5．总流的动量方程基本要求：掌握功能原理推求元流、总流伯努利方程，伯努利方程及动量方程的应用。

水工模型实验报告

篇一：某水利水电工程水工模型试验报告目录1. 概述 ............................................................................. (1)1.1 工程简况 ............................................................................. (1)1.2 试验资料 ............................................................................. (1)1.3 试验目的及研究内容 ............................................................................. . (2)2 模型试验设计和制作 ............................................................................. (5)2.1 模型试验主要依据 ............................................................................. .. (5)2.2 模型要求 ............................................................................. (5)2.3 模型量测仪器及设备 ............................................................................. . (6)3. 设计方案试验成果 ............................................................................. (7)3.1 泄流能力 ............................................................................. (9)3.1.1 泄洪放空洞泄流能力 (9)3.1.2 溢洪道泄流能力.............................................................................. (11)3.2 泄洪放空洞水力特性简述 .............................................................................133.3 溢洪道水力特性简述 ............................................................................. .. (13)4. 优化方案i .............................................................................. .. (14)4.1.1 泄洪放空洞体形优化............................................................................144.1.2 溢洪道体形优化.............................................................................. (21)4.2 泄流能力 ............................................................................. . (24)4.2.1 泄洪放空洞泄流能力............................................................................244.2.2 溢洪道泄流能力.............................................................................. (26)4.3 泄洪放空洞洞身水力特性 .............................................................................284.3.1 水流流态.............................................................................. (28)4.3.2 水深、流速及洞顶余幅 (29)4.3.3 压力及水流空化数.............................................................................. .. 324.3.4 掺气空腔特性.............................................................................. . (37)4.4 溢洪道沿程水力特性 ............................................................................. .. (38)4.4.1 水流流态.............................................................................. .................. 384.4.2 水深及流速.............................................................................. .. (39)4.4.3 压力及水流空化数.............................................................................. .. 484.5 水舌特征及下游河道水力特性 (54)4.5.1 流态.............................................................................. .. (54)4.5.2 出口水舌特性.............................................................................. . (56)4.5.3 下游岸边流速.............................................................................. . (59)4.5.4 下游岸边水面线.............................................................................. (63)4.5.5 下游河道冲刷.............................................................................. . (70)5. 初设阶段推荐方案 ................................................................ 错误！未定义书签。

水力学第5章量纲分析与相似模型

雷诺准则也是流动稳定性的重要判据。适用范围：主要受水流阻力即粘滞力作用的流体流动，凡是有压流动，重力不影响流速分布，主要受粘滞力的作用，这类液流相似要求雷诺数相似。另外，处于水下较深的运动潜体，在不至于使水面产生波浪的情况下，也是以雷诺数相等保证液流动力相似。如层流状态下的管道、隧洞中的有压流动和潜体绕流问题等。无粘性流是Re → ∞的极限情况。
几何相似
...... l 长度比尺： lm1 lm 2 lm p1 m1 p 2 m 2 l p1 l p2 lp
面积比尺： A AP 2 2 l Am lm
体积比尺： V
l3 VP p 3 3 l Vm lm
Qm
Qp

12 2 l l

模型比尺表

按雷诺准则和弗劳德准则导出的各物理比尺量比尺比尺
雷诺准则＝ 1 ≠1 弗劳德准则名称雷诺准则＝ 1 力的比尺F ≠1
2
名称
弗劳德准则
长度比尺l
l
l
l
2 1 l
流速比尺
加速度比尺a 流量比尺Q 时间比尺t
lp lm lp lm
这样只有 l p lm ，即 l 1 时才可能
1）模型律的选择

当原型和模型为不同种流体时， p m ，则有：
p lm lp ml p lm
p m

lp vm l m vp
32
p m 3 2 l
第五章量纲分析与相似模型

一、量纲及其概念二、量纲分析三、相似理论与相似模型

一、量纲及其概念

水工模型实验

教学实验报告
学年学期 2013～2014 学年.
课程名称水工模型试验.
实验名称水工试验模型初步设计与制作.
实验室水工水力学实验室.
专业年级水工 11 级.
学生姓名
学生学号
.
提交日期
.
成绩
.
任课教师尹进步.
水利与建筑工程学院
水工常压整体模型设计及计算说明书
一、设计依据
工程枢纽总体布置图、工程枢纽上下游一定范围的地形图、各类建筑物的详细体型图、地质资料、水文资料等。
1.5 1.8 2.2 2.4 2.6 2.8
25Hmax
1.2+0 1.2+0 1.2+0
0.7
0.8
1.0 1.2
1.2+0.9
.5 .6 .8
* 下游河道长度 7(5) 括号内为拱坝下游河道长度。
4
7.水库上游进水池边墙原型高程：Zp7=Zp6+0.1×Lr=1219m 模型高度：H7=H6+0.1=1.92+0.1=2.02m
3
附录
模型流量 (L/s)
进水池长度(m)
上游水库长度(m) 下游河道长度(m) 退水池长度(m) 量水堰长度(m) 量水堰宽度(m)
Qm<8 0
表 1 模型参数确定标准
Q
1.782
0.24
H P
BH
1.5 0
P：堰高； H：堰上水头； B：堰宽; H0=H+0.0011; Q=0.1562m3/s
因为 150L/s<Qm<190L/s，由表 1 可知，量水堰宽度 B=1.2m。
由《SL155-95 水工（常规）模型试验规程》知，堰高 P 和堰上水深 H 满足 P ≥2H。取矩形堰堰板高程等于最大堰上水头 2 倍（P=2H）计算求得最大堰上水头 H=0.166m。

水利水电工程专业培养方案

水利水电工程专业培养方案一、业务培养目标：本专业培养适应社会主义现代化建设发展需要，德、智、体、美全面发展，具有扎实的自然科学、人文科学基础，具备较强的外语、计算机应用能力和独立自主的学习能力，获得工程师的基本训练，兼具初步科学研究能力和教学能力，知识面宽、能力强、素质高、有创新精神的高级工程技术人才，能从事水利工程勘测、规划、设计、施工、管理及科研、教学等工作。

二、培养规格与要求：培养应用研究型人才，实行学分制。

本专业学生通过理论学习获得水利水电工程建设所必需的数学、力学和工程结构等方面的基本理论和基本知识；通过课程设计、毕业设计、教学实习和生产实习等实践教学，得到较全面的水利水电工程设计方法、施工管理方法和科学研究方法的基本训练，具有水利水电工程勘测、规划、设计、施工和管理等方面的基本能力。

毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1．具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础和语言综合能力；2．较系统地掌握本专业领域的基础理论知识，包括工程力学、水力学、土力学、工程地质、建筑材料、工程测量、工程水文与水利计算等基本理论和基本知识；掌握水工建筑物设计的基本理论、基本知识和基本方法；3．掌握水利水电工程的勘测、规划、设计、施工和管理技术；4．具有水利水电工程所必需的测绘、制图、计算、实验、测试等基本技能；5．熟悉国家关于水利水电工程建设和管理的方针、政策和法规；6．具有较强的计算机和外语应用能力；7．掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力；8．具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质和道德修养。

三、主干学科：水利工程土木工程四、主要课程：工程测量、工程水文与水利计算、理论力学、材料力学、结构力学、水力学、土力学及地基基础、建筑材料、水工钢筋混凝土结构学、水工钢结构、水利工程施工、水工建筑物、水电站、水泵与水泵站。

五、主要实践性教学环节：工程测量实习、工程地质与水文地质实习、认识实习、综合实习、施工实习、课程设计、毕业设计等。

水工模型试验基础

s
（2）拟定原型闸小护坦中部流速
0.5 L
4.47
m 2.1m s
p m 4.47 2.1 9.39 m s
（3）拟定模型洪水周期和洪量
原型设计洪水周期Tp 3d，设计洪水总量Vp 2074104 m3
因为
t
0.5 L
4.47
所以
Tm
Tp
t
3 4.47
0.67d
16.11h
t
tp tm
加速度比尺
p m
Lp / tP Lm / tm
L t
a
ap am
Lp Lm
/ tP2 / tm2
L t 2
根据定义，流速能够用长度除以时间表达，而加速度则要用速度除以时间表达。
由此可见，满足运动相同旳流速比尺和加速度比尺都不是任意选定旳，它们与时间比尺、长度比尺都是相互关联旳。
相同原理提供了处理这两个问题旳理论基础。
第一节水工模型试验研究旳范围
1.泄水建筑物水力学特征试验 2.水电站水力学特征试验 3.船闸水力学特征试验 4.鱼道水力学特征试验 5.其他专题研究
第二节水流相同理论
一. 相同特征
1.几何相同
是指原型与模型保持几何形状和几何尺寸相同，也就是原型和模型旳任何一种相应线性长度保持一定旳百分比关系。
第十章水工模型试验基础
❖ 两个规模不同旳流动相同是水工模型试验中
必须面正确问题。
❖ 采用模型试验和理论分析相结合旳方式是处理问题旳有效途径之一，在把模型中旳实测资料引用到原型中会遇到下列问题：
❖ (1) 怎样设计模型才干是模型和原型中旳流动相同？
❖ (2) 怎样把模型中观察旳流动现象和数据换算到原型中去？

水利水电基础考试大纲(下午段)

勘察设计注册土木工程师（水利水电工程）资格考试基础考试大纲十、水力学10.1 水静力学静水压强绝对压强相对压强真空及真空度作用于物体上的静水总压力10.2 液体运动的一元流分析法恒定流与非恒定流迹线与流线流管过水断面流量断面平均流速恒定一元流连续性方程能量方程式渐变流急变流10.3层流、紊流及其水头损失湿周水力半径均匀流非均匀流沿程水头损失达西公式层流紊流雷诺数谢才公式局部水头损失10.4有压管中恒定均匀流计算基本公式串联管道并联管道分叉管道沿程均匀泄流管道10.5 明渠恒定均匀流计算基本公式明渠均匀流粗糙度不同的明渠复式断面明渠10.6明渠恒定非均匀流缓流临界流急流弗汝德数临界水深临界底坡棱柱体明渠渐变流水面曲线分析及计算水跃水跃方程共轭水深及水跃长度计算10.7堰流及闸孔出流的水力计算计算公式薄壁堰实用堰宽顶堰闸孔出流10.8 泄水建筑物下游的水力衔接与消能底流式消能挑流式消能面流式消能消力戽式消能10.9 隧洞的水力计算水流状态及判断有压隧洞无压隧洞10.10 渗流达西定律渗透系数恒定均匀渗流与非均匀渗流恒定渐变渗流的浸润曲线形式及计算10.11 高速水流脉动压力气蚀掺气冲击波10.12 水工模型试验基础力学相似：几何相似运动相似动力相似相似准则：重力相似准则阻力相似准则动水压力相似准则十一、岩土力学11.1 土的组成和物理性质三项指标土的三项组成和三项指标土的矿物组成和颗粒级配土的结构黏性土的界限含水量塑性指数液性指数砂土的相对密实度土的最佳含水量和最大干密度土的工程分类11.2 土中应力分布及计算土的自重应力基础地面压力基底附加压力土中附加应力11.3 土的压缩性与地基沉降压缩试验压缩曲线压缩系数压缩指数回弹指数压缩模量载荷试验变形模量高压固结试验土的应力历史先期固结压力超固结比正常固结土超固结土欠固结土沉降计算的弹性理论法分层总合法有效应力原理一维固结理论固结系数固结度11.4 土的抗剪强度土中一点的应力状态库仑定律土的极限平衡条件内摩擦角黏聚力直剪试验及其适用条件三轴试验总应力法有效应力法11.5 特殊性土软土黄土膨胀土红粘土盐渍土冻土填土可液化土11.6 土压力静止土压力主动土压力被动土压力朗肯土压力理论库仑土压力理论11.7 边坡稳定分析土坡滑动失稳的机理均质土坡的稳定分析土坡稳定分析的条分法11.8 地基承载力地基破坏的过程地基破坏型式临塑荷载和临界荷载地基极限承载力斯肯普敦公式太沙基公式汉森公式11.9 岩石的物理性质岩石的破坏机理与强度岩石的变形岩体的工程分类围岩稳定性岩坡稳定性分析十二、结构力学12.1 平面体系的几何组成几何不变体系的组成规律及其应用12.2 静定结构受力分析与特性静定结构受力分析方法反力内力的计算与内力图的绘制静定结构特性及其应用12.3 静定结构位移广义力与广义位移虚功原理单位荷载法荷载下静定结构的位移计算图乘法支座位移和温度变化引起的位移互等定理及其应用12.4 超静定结构受力分析及特征超静定次数力法基本体系力法方程及其意义等截面直杆刚度方程位移法基本未知量、基本体系、基本方程及其意义等截面直杆的转动刚度力矩分配系数与传递系数单结点的力矩分配对称性利用超静定结构位移超静定结构特性12.5 影响线极其应用静力法做影响线机动法做影响线连续梁的影响线影响线的应用12.6 结构动力特性与动力反应单自由度体系自振周期频率振幅与最大动内力阻尼对振动的影响十三、钢筋混凝土结构13.1 材料性能钢筋混凝土13.2 设计原则结构功能极限状态及其设计表达式可靠度13.3 承载能力极限状态计算受弯构件受扭构件受压构件受拉构件冲切局压疲劳13.4 正常使用极限状态验算抗裂裂缝挠度13.5 预应力混凝土轴拉构件受弯构件13.6 肋形结构及刚架结构整体式单向板肋形结构双向板肋形结构刚架结构牛腿柱下基础13.7 抗震设计一般规定构造要求十四、工程测量14.1 测量工作特点形状和大小地面点位的确定测量工作基本概念14.2 水准测量水准测量原理水准仪的构造使用和检验校正水准测量方法及成果整理14.3 角度测量经纬仪的构造使用和检验校正水平角观测垂直角观测14.4 距离测量卷尺量距视距测量光电测距14.5 测量误差测量误差分类与特性评定精度的标准观测值的精度评定误差传播定律14.6 控制测量平面控制网的定位与定向导线测量交会定点高程控制测量14.7 地形图测绘地形图基本知识地物平面图测绘等高线地形图测绘14.8 地形图应用地形图应用的基本技术工程设计中的地形图应用规划设计中的地形图应用14.9 工程测量工程控制测量施工放样测量安装测量建筑物变形观测14.10 3S技术RS的基本技术及数字图象GIS 的基本要求GPS的基本要求及定位技术3S 技术在水利工程中的应用十五、建筑材料15.1 材料科学与物质结构材料的组成：化学组成矿物组成及其对材料性质的影响材料的微观机构及其对材料性质的影响：原子结构离子键金属键共价键晶体与无定型体（玻璃体）材料的宏观机构及其对材料性质的影响15.2 建筑材料的性质密度表观密度与堆积密度孔隙与孔隙率15.3 建筑材料的工程特征材料的力学性能亲水性与憎水性吸水性与吸湿性耐水性抗水性抗冻性导热性与变形性脆性与韧性15.4 无机胶凝材料气硬性胶凝材料石膏和石灰技术性质与应用15.5 水硬性胶凝材料水泥的组成水化与凝结硬化机理性能与应用15.6 混凝土原材料技术要求拌合物的和易性及影响因素强度性能与变形性能耐久性抗渗性抗冻性碱－骨料反应混凝土外加计与配合比设计15.7 建筑钢材组成、组织与性能的关系加工处理及其对钢材性能的影响建筑钢材和种类与选用15.8 土工合成材料常见土工合成材料的特性及工程应用十六、工程水文学基础16.1 水文循环与径流形成水文循环与水量平衡河流与流域降水土壤水、下渗与地下水径流16.2 水文测验水位观测流量测验泥沙测验与计算水文调查水文数据处理16.3 流域产、汇流降雨径流要素产流计算汇流计算16.4 设计洪水水文频率分析样本分析相关分析设计洪水计算16.5 设计年径流频率分析时程分配勘察设计注册土木工程师（水利水电工程）资格考试基础考试分科题量、时间、分数分配说明下午段：水力学 9题岩土力学 10题结构力学 9题钢筋混凝土结构 12题工程测量 6题建筑材料 9题工程水文学基础 5题合计60题，每题2分。

简述水工结构模型试验

简述水工结构模型试验
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水工结构模型试验简述如下：
①理论分析：基于水力学原理，分析水工结构的工作特性和受力情况。

②模型设计：按照相似理论，设计模型的比例、材料和几何形状，确保物理相似性。

③模型制作：精心制作模型，包括结构主体、边界条件和测量装置，保证精度。

④试验准备：安装传感器、摄像头等测量设备，设定试验条件，如水流速度、水位等。

⑤数据采集：在控制条件下进行试验，记录流体动力学参数，如压力、流速和波浪特性。

⑥数据分析：处理试验数据，对比理论预测和实际结果，评估模型的准确性。

⑦结果验证：通过反复试验，验证水工结构的设计是否满足安全、经济和功能要求。

⑧报告编写：整理试验数据和分析结果，撰写详细的试验报告，提出优化建议。

水力学实验(最终评为优秀)

《水力学实验》静水压强实验报告指导老师：何建京参加者：静水压强试验仪型号：H0-02实验仪器编号：试验台：水力学实验室13桌水电院08级水工一班一．实验概述1. 实验目的①掌握解析法及压力图法，测定矩形平面上的静水总压力。

②验证平面静水总压力理论。

2. 实验原理作用在任意形状平面上的静水总压力P等于该平面形心处的压强pc与平面面积A的乘积：P=PcA方向垂直指向受压面。

对于上下边与水面平行的矩形平面上的矩形平面上的静水总压力及其作用点的位置，可采用压力图法：静水总压力P的大小等于压强分布图的面积Ω和以宽度b所构成的压强分布体的体积。

P=Ωb若压强分布图为三角形分布，如图，则P=1/2ρgH2be=1/3H式中:e-为三角形压强分布图的形心距底部的距离.若压强分布图为梯形分布,如图,则P=1/2ρg(H1+H2)abe=a/3·(2H1+H2)/ (H1+H2)式中:e-为梯形压强分布图的形心距梯形底边的距离3. 实验步骤1熟悉仪器,测记有关常数.2用底脚螺丝调平,使水泡居中.3调整平衡锤使平衡杆处于水平状态.4打开进水阀门K1,待水流上升到一定高度后关闭.5在天平盘上放置适量砝码.若平衡杆仍无法达到水平状态,可通过进水开关进水或放水开关放水来调节进放水量直至平衡.6测记砝码质量及水位的刻度数.7重复步骤4～6,水位读数在100mm以下做4次,以上4次.,将水排净,并将砝码放入盒中.实验结束.8打开放水阀门K24. 注意事项1 在调整平衡杆时,进水或放水速度要慢.2 测度数据时,一定要等平衡杆稳定后再读.二．实验装置及实验数据1.有关常数：（1）天平臂距离L0=27.5cm（2）扇形体垂直距离L=20cm （3）扇形体宽度b=7.5cm 2.量测记录表格三．实验成果分析：对于平面静水总压力，用一般的方法很难测出。

现在使用杠杆原理来间接求出作用在物体表面上的压力。

这个实验装置的设计十分精巧，其中前壁与后壁由于对称所以产生的静水总压力可以抵消，在左侧弧形的部分由于其静水压力作用方向经过杠杆转动轴心，所以其产生的力矩为0。

水工(专题)模型试验规程[SL156～165-95]条文说明

2中华人民共和国行业标准水工模型试验规程条文说明目次水流空化模型试验规程掺气减蚀模型试验规程水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程闸门水力模型试验规程热力模型试验规程航道水力模型试验规程船闸水力模型试验规程水电站有压引水系统模型试验规程施工导流模型试验规程施工截流模型试验规程溃坝模型试验规程滑坡涌浪模型试验规程水流空化模型试规程总则水流空化模型试验规程主要是针对在减压箱进局部模型高压箱或其他专用消能工水流空化特性试叶片和特种绕流体等的水流空化特性试验未涉及到与材料性能有关相似准则即说明各主要水力要素仍然符长度比尺流速比尺流量比尺时间比尺糙率比尺要求模即式中原型的大气压力原型水柱压力原型汽化压力模型应指明计算模型得出试验时减压箱为了寻求初生空化及探索空化变化的规律亦应考虑水质对水流空化的影试验设备与量测仪器必检定单位对设备的实际功能能否满足监测项目的测试要求检定周期一般为规格必须满足设备的技术要求具有经过国家或行业检定的合格量测仪器凡已成为商品出售的量测仪器均必单位自制或兄弟单位必须通过率定具有合格测量使用的一次仪表率定周期一般必须有经过国家或检定周期一般模型设计即使模型满足但当模型比尺选得过小因此在模型设计时尽可能应使其重点研究部位的水流流态满足雷诺数大于否则宜将重点研究部位置于循环水洞或高包括两层含意二是要求模型过流面材料糙率与原型相似过流面的糙率对高速水流边界层的发展和流态模型制作与安装总的来说减压模型试验的模型制作与安装与常但当模型置于减压与加压合一的设备中分别进行减压条件和加压条件试验时制作和安装方面试验内容与方法水中含气量随着变化但严格控制和测量应通过水使水流含气量达到最少再进行正水流空化试验如分但应以观测危害性较大采用超声波空穴对空化现象作出综资料整理与分析主要例如相应于工程设计和因为这种运行条件是否产以及其空化特征和演变情况应为报告编写重点是指在循环水洞或高压箱中进行局部模型试验情况一般在水洞或高压箱的模型水流多是二维因此对所提的水力参数同空化源对此应作出追踪性关于水流空化模型试验的缩尺影响尚无成熟的校正方原当工程泄水建筑物的水流只有在工程的水流空化数小于模型测得的初生空化数则必须探掺气减蚀模型试验规程总则掺气减蚀模型试验规程主要是针对高水头溢洪明流泄洪洞等明渠高速水流掺气减蚀设施选型的模本规程适用于常压和减压条件下的模型试验但当进行减压还应遵循的相似准则即表明各主要水力要素仍然符长度比尺流速比尺流量比尺时间比尺糙率比尺强调模型掺气坎处的水流速度大于主要是但对通气量提出具根据考虑校正缩尺影试验设备与量测仪器所提出的专用试验设备并出具检定结果证检定周期一般为规格必须满足设备的技术要求自制的测车等控制设备量测仪器凡已成为商品出售的量测仪器均必单位自制或兄弟单位具有合格证书或相应的测量使用的一次二次和数据采集系统的仪表检定周期一般模型设计外对泄水建筑物过流面掺气减蚀设施的水力学模型试验的经验均认为当按佛劳德相似准则设计应使模型的水流速度大于需考将包括掺气坎置于对掺气坎其目的是为了以满足本规程其理由同的条文说是将掺气坎选型进行常压与减压条件下的对比试验重点是探明掺气坎用以提高掺气坎模型制作与安装制作与安装应注意事项提出一些要求主要目的是为了提高试验测试数据的精度试验内容与方法对同一工有条件时宜选掺气坎射流空腔对工程生产试验任务为掺气坎的选型和作坎下游掺气保护长度的分析论证宜重点测量坎通气管内的风速倘测流速分布有困难时如只测断面中间点根据原型观测资料的整理分析其经验总结认为则应将实测流速值乘系数来估算圆资料整理与分析但采用掺气坎其防蚀效果是为人们所公认的致于规程所指的资料整理主要是作为掺气坎体型优化及通气顺畅而足量为单宽通气量的掺气坎当作为收集与等其他能较科学地式中坎上平均水深报告编写主要是应用模型实测资料阐明和论证掺气坎通气和掺气效果目的是达到掺气坎特别是当模型比尺未满足条要求时对模型通气量引伸到以便原型合理选择通气管面积型通气管的风速应小于见是指当掺气坎还宜对防蚀的辅助措施水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程总则必要性是作为统一本行业的水流压力脉动和结构物流激振动模型试验研究概括起来有以下内容和项目堆石坝溢流面板和过水围堰面板水流压水跃消力塘底板水流压力脉动特殊消能工边壁水流压力脉动拱坝泄洪消能与坝体流激振动引水管道振动特别是结构物流激振动的模拟试验还不能对所有结构物的有些以强迫振动为主的项目配合数学模本条规定为某些类型的流激振动分析提供动水荷载试验本条要求每项试验研究使试验研本条说明本规程与工常规模型试验规相似准则水流压力脉动模型试验水流运动相似和动力相似遵循佛劳德模型定律压力脉动要素统计特征量的相似比尺与模型比尺关系为流速脉动比尺紊动强度比尺时间比尺压力脉动幅值比尺脉动频率比尺相关函数比尺谱密度比尺对于水流压力脉动频率的模型相似律其一由流体力学的基本方程出发导得相似模型律并和重即压力脉动的欧拉数和斯特劳哈尔分别为式中由式和式得压力脉动振幅比尺压力脉动频率比尺其二由原型观测和不同比尺的模型试验得出的经验模型律压力脉动振幅比尺压力脉动频率比尺因此得出的值也不尽相同大致上述情况表明而频率相但目前大多仍按式的相似比尺换应同时满足水力条件相似水力条件相似模型应满足本规程第条文说明和有关规定结构动力相似几何条件相似应满足建筑物原型与模型的几何尺寸和相应的位置相似结构物受力产生的应变和变位的比尺为式中物理力学条件相似应满足原型与模型结构材料的力学参数在线弹性范围内各参数的比尺为式中泊桑系数比尺运动条件相似应满足原型与模型结构的运动状态和产生运结构运动的微分方程可表示为原型模型式中结构的加速度列阵结构的速度列阵结构的位移列阵作用在结构上的动水脉动荷载列阵时间在一般的三维弹性体条件下单元刚度矩阵可写成其中是与坐标无关的量纲为为弹性系数矩阵则式中边界条件相似应满足原型与模型边界约束条件和受力条件模型中结构物边界约束条件参见本规程第按本规程第条相似准则流激振动试验一般应包括结构的模态试验和结构的动力响应结构的模态试验一般分为结构在空气中和在水中湿后者的试验在模结构的动力响应试验与模型比尺式中试验设备与量测仪器或结合局部模型进行压力脉动试验也可以按需要建造新试验设即且适合试验应用方可科学化对于量测一次仪器仪表的率定二次仪器仪表及采集系统的检定其周期一般为模型设计应按本规程的第条相似准局水工建筑物流激振动模型试验应按本规程第来选择模型类型要求对结构物制模材料的如不满足相似比尺的要求则应重新选择比在截取模型范围时应论证结构物边界约束条件在水工建筑物流激振动模型试验中结构物制模材料对于原型在一些试其主要力学弹性模量可以满足相似但制模材料的泊桑比和阻尼比不能达到相似对于其他制模材料在符合相似条件下也主要是地基模拟范围有的试验研究以进行自振模态分析计算和比较以截取本条要求在布置测点时应按照试验研究任务的特点和要求模型制作与安装是模型制造和安装的依据绘图和校核者均应可以采用短导应注意制模材料的力学参数和整体结构的相似传感器直接与在模型制作与安装完毕后依照图纸和要求进行检查和校试验内容与方法本条为试验前应做好的试验准备工作和应遵循的试验方在安排试验组压力脉动和流激振动均为随机过程数据采集一般可取采样间隔时间样本容量每个测点宜多于段样本以确保每个在每组次试验中宜进同资料试验资料整理与分析本条规定了压力脉动和流激振动试验数据处理的方法即这三条规定了压力脉动或流激振动试验必其他试验资料可按有关规报告编写模型设计和制数据采集和处理分别为脉动压力模型试验报告和振动模型试验报告应重点阐述的内容应就其对工程的影响作出明确的结论和提有关报告编写的其他要求应遵循模型试闸门水力模型试验规程总则必要性是目的本规程适用于水工建筑物各类闸门和阀门的水力模型试验对于进水口和闸室段门槽等的水流空化试验的有关试验技术与要求按闸门流激振动模型试验的有关试验技术与要求按以使试验研究程序规本条主要说明本规程与相似准则即满足几何相水流运动相似和动力相似遵循佛劳德模型定律其主要参数的比尺与模型几何比尺关系为流速比尺流量比尺时间比尺力的比尺压强比尺功的比尺功率比尺闸门启闭力和通气量试验观测资料还不能按重力相似准则直接换算为原型值需采用试验与计算相结合来解决参见本规程第试验设备与量测仪器且需动态调控流量和对高水箱提出的四条要求这三条都是对试验量测仪表提出的要求即试验所使用仪器仪表均应有国家或行业技术监督部门颁发的合自行研制的仪表也均应经过相应技术监是使试验的对量测一次仪器仪表的率定二次仪器仪表及采集系统的检定其周期一般为模型设计按佛劳德模型定律应保证来流流态相似在截取模型范围时应包括闸室前后的有关建应根据试验任务要求和试但模型闸门宽不宜小于水头高模型比尺均应模拟闸门前来流流模型制造与安装是模型制造和安装的依为了避免制模和安装差错提出以保应根据试验任务的要求对于需观察水流流态部位为确保模型和试模型制造和安装完成后应依据设计图及要求进行校核和应遵循试验内容与方法包括试验用的量测仪表仪器要保持闸门启闭过程中库水位保持不变调节流量和平水栅来完成整个过程通气管风速量测如测管中心最大风速则应乘以系数闸门起闭缝隙应遵循资料整理与分析便于分析了解建筑物及布置下游以便得出门体总水压力的水平分量和垂绘制门井水位变化过程线一为闸门全开情况门井水位与库水位关系曲线二为在一定库水位下由于模型中的摩擦力很只供原型闸门的启闭力可采用试验与计算相结合的方法根据闸门启闭力计算公式式中和摩擦力当闸门为等速启闭或启闭加速度很小时总水压力的垂直分量在模型试验量测得和后再参照有关原型观测资料或经验取用如有亦可进行这样就可由式和式并绘制可用或用气水比并整理成与闸门不同开度的关系曲线模型一般是参照大量原型观测资料和系列试验研究提供的的关流量及内边壁压力分布并计算流量报告编写冷却水工程水力热力模型试验规程总则工业水的冷却按冷却机理一后者是各类冷却塔及喷水冷却其测试技术已另有规定本规程限于通过自由水面来本条强调在模型试验的规划设计中应编写试验研究大纲大纲内容大致与一般水工试验同唯对气象资料和环境水温属本本条说明本规程与的关冷却水模型试验与一般水工模型试验不同之处在于增加了温伴随相应如不考虑水体的温差效应与水气交面的热交换效应相似准则为欧拉数为压佛劳德数为重力与惯性力之比密度佛劳德数为浮力与惯性力之比傅里叶数贝克莱数为对流换热与分子传热之比上述相似条件包括了不少物理变量其比尺关系在各个相似条件中要求不尽在实践时必须根据试验的主要任务放弃或放松一些次要的可将模型大致分为两类一般是水库型或宜采用几何变态局部掺混与之相应的温度场宜采用几取水口包含在同一模型中受纳水域包括了排水的近区和远区热力上的因果因此模型的几何变态率要依据和权衡多方面因素来最终确冷却水模型的相似要求可参考表临界流量的含义为冷却水量超过此值后受纳水域的整体流态已不随流量包括水上地形和建筑物的几何相似风面热交换通量相似本条说明试验任务涉及其他有关问题时应补充由相应控制试验设备与量测仪器热力模注表中符号注脚指排水温度深流量的模型比尺为需要的最小模型水深模拟冷却水运动浮力效应的水体密度差是由水温差控制的水面散热系数也随气象条件而异热力相似模型试验的环境气象条根据目前仪表的测控水平提出允许偏差为最大不能超过潮汐发生及控制系统是用于控制模型开边界潮汐参数的专控制系统组成目前多采用计算机实时控管路等供回水设不包括含盐模型设计模型比尺的选定及最终依循的模型相似条件要根据试验研根据已有冷却水模型试验的实践经验将模型的分类及其相似要求列于表模型设计应综合考虑权衡参见如冷却水运动属平面流为节省试验费用水质要求的试验模型制作与安装试验内容与方法对非恒定流要实时除以上各条外试验内容和方法与水工模型试验要求相试验资料整理与分析对于相报告编写航道水力模型试验规程总则沙量少于要求各项试验任务都应编写试验大纲及大纲所包括的主要相似准则指出航道模型和船模所应遵循的相似准则和有关参以保证水流运动的相试验设备和量测仪器量测仪器单位自制或兄弟单模型设计航道宜采用整体正态模型原因一是整体正态模型能更正其二是应用自航船模的理论如模型比尺已定模型制作与安装船模如果是船试验内容与方法关于形试验分析结果表或作为形试验的典型代表较可采用航向改变性参数作为总操纵性相似参数它适用于有足够的航向稳回转性参数操纵过程都满足相似而且是安全的一般宜要求和符号和分别代表模型和原静水航速由船舶马力确定对岸航速舵角愈试验资料整理与分析此几条为航道水力模型试验应整理分析的主要资边界舵角过程线对岸航速过程线及漂角过程线报告编写性重点对船模航行中的航向改变性参数或回转性参数和航船闸水力模型试验规程总则必要性是目相似准则说明船闸水力模型试验应遵循佛劳德相似准则和要求各水力要素的比尺与模型几何比尺的关系为流速比尺流量比尺时间比尺糙率比尺力的比尺力矩比尺试验设备与量测仪器本条要求船闸模型试验应有相应的设备包括高水箱用于用于输水阀门空化试验宽玻璃水槽自行研量测仪器仪表的检定周期一般为本条要求船闸水力模型试验量测仪器的其他一般要求应按模型设计本条要求船闸水力模型试验应按本规程第工程规范及试验室条件合理选这三条是按一般试验指出不同试验宜采用的模型本条说明模型设计其他要求应按模型试模型制作与安装是对人字门动水阻力矩试验模型制作提出的特例要求这项工作需要电气和机械等多种专业人员的合作是为保证试验成果质量对模型安装精度和检查校安装及测量设备安装按试验内容与方法每测次重复三次试验资料整理与分析这四项内容概括了船闸闸室灌水的基本通常都绘制在同一张图上统称为闸室灌水水按水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程的前横向与后横向等三个方以论报告编写在很大程度上影此四条要求对船闸水力模型试验主要成果进行分对试验研究成果应有具体明确的水电站有压引水系统模型试验规程总则必要性是方法和依本条要求水电站有压引水系统模型试验必须编写试验大纲本条说明本规程与工模型试验规相似准则此两条为水电站有压引水系统模型试验应满足的试验设备与量测仪器此两条与对试验用的水箱提出的要求一般可采针一般采用可主要量测仪器均必须满足动态测量要求并采用同步测量记模型设计并采但由于引水管常常很长而洞径相采用正态模型有困难即引水管为保持调压井涌浪运动相似采用沃格特经模引水管长度比尺引水管管径比尺调压井高度比尺水流流速比尺水锤波速比尺发电流量比尺时间控制比尺涌波高度比尺水锤压力比尺模型制作与安装是用作调整闸门开度产生不同局部损失来补偿由于模型管长度模拟不够所引起的沿程制模材料根据过去经验制定的并不限制条文规定的精度要求是根据已有经验与保证试试验内容与方法试验方法可避免因温度和水质等环境因可通过同步记录下来的首尾端水锤压使为避免偶然误差规定每试验资料整理与分析报告编写这条是报告的重点应进行充分论证提出有说服力的结对方案比较若与数学模型相结合施工导流模型试验规程总则必要性是方法和依本规程适用于水利水电工程各类导流模型的水力试验研究概括有以下内容河床式导流一期围堰挡水期主河道导流二期围堰挡水期明渠导流或后期导流岸边式导流混围堰过水与隧洞结合的导流以使试验研究程序规本条主要说明本规程与的相似准则各水力要素的比尺与模型几何比尺的关系为流速比尺流量比尺时间比尺力的比尺压强比尺糙率比尺雷诺数应大于试验设备和量测仪器本条主要说明导流模型试验可根据具体要求在试验或施这三条都是对试验用的量测仪表提出的要求即试验所使用的仪器仪表均应有国家或行业技术监督部门颁发的合格证自行研制的仪表也均应经相应技是使试对于一次量测仪器仪表的率定二次仪器仪表和采集系统的检定其周期一般为模型设计并选择适这条主要是对截取模型范围提出了要求以保证坝区及导量测建筑物过流面上的压力水头增大时的泄洪模型制作与安装是模型制造和安装的为了避免制模和安装发生差错结构物线条和尺寸应清晰可根据具体条件选用其本条要求在制模时本条要求按试验研究的需要其他有关量测仪表安装要求按模型试验试验内容与方法这三条是根据不同模型类型应观测或量测的主要内容试验量应注意以下几点通常在调好水位和流量后进行量测对水位和流以确保资料的可靠性并作记录和说明资料整理与分析绘制不同导流工程布置方案的坝区及束窄河道的流速分布图及流态情况便于分析和比较导流工程总体布置及水流条件的绘制不同导流工程布置方案的水位比较和确定导流工程的规比较和选闸和坝下游消能冲刷及流速分布图便于分用以分析通航条此条是为分析利用导流洞兼作施工期间漂木的可能性及其报告编写这六条都是试验研究的主要成果要求资料准确可靠施工截流模型试验规程总则必要性是方法和依规定本规程的适用范围为水利水电工程河道平堵截流和立使试验研究程序规范本条主要说明本规程与相似准则各水力要素的比尺与模型几何比尺的关系为流速比尺流量比尺时间比尺力的比尺功率的比尺这三条是对抛投料抛投强度和进占方式的试验设备和量测仪器凡属市场购置且适合试验测方量测仪器仪二次和数据采集系统的检定周期一般为对截流模型及量测仪器的其他一般要求应按模型设计本条要求截流模型应按本规程第条相似准则进行设计并满足第本条提出应根据试验任务要求和试验室的条件综合考虑选当导流试验和截流试验在同一模型上进行时最终选择对人工预制的各种大型抛投料对堆筑体或戗堤所需的大一般这条要求按设计提供抛投料运输车辆载重情况及进占方式模型制作与安装应按。

水工模型试验关于表面张力影响的波速论证

2004年4月 SHUILI XUEBAO 第4期文章编号0559-9350 (2004) 04-0038-04水工模型试验关于表面张力影响的波速论证赵德志李焱(交通部天津水运工程科学研究所天津 300456)摘要本文根据波动理论推导出在重力作用下波的传播速度表达式分析了微小波动中表面张力的作用常温下当水表面上为空气时波的传播速度必须大于23cm/s(相应波长大于1.72cm)时表面张力的影响才能忽略不计据此指出现行水工模型试验规程中把模型水表面流速不小于23cm/s 作为忽略水表面而张力影响的限制条件是不正确的应予更正关键词水工模型试验表面张力波速中图分类号TV131.6 文献标识码A在水利水运工程中进行模型试验是解决实际工程问题的重要手段实际工程中的明流和有压流其主要作用力为重力18701880年佛劳德(W.Froude)进行船舶模型试验提出了著名的佛劳德数(Fr)奠定了重力相似定律的基础在水利水运工程水力学模型试验中佛劳德模型定律(重力相似定律)应用范围远较其他模型定律为广但要求水工模型在主要满足重力相似的基础上还须满足流态和糙率相似及考虑水体表面张力的影响等其中表面张力是由于流体分子间的凝聚力作用使流体与其他介质间的交界面上产生的力在一般的水工模型试验中它的影响可以忽略不计但必须满足一定的要求在已出版的几种水工模型试验著作和试验规程中[1,2]将模型水体表面流速要求大于23cm/s 作为模型中忽略表面张力影响的限制条件不妥因为影响波形传播速度主要是水体表面张力而不是模型中水面流动速度本文根据有关资料对不受表面张力影响的波速要求大于23cm/s 论证于下使在制定通航水力模型试验规程中正确考虑选择忽略水体表面张力影响的限制条件1 消除表面张力影响对波浪要素限制条件论证1.1 微波传播速度根据微小波高理论在重力作用下波的传播速度[3]kd gLc tanh 2π=(1)或kd gTc tanh 22π=(2)收稿日期2002-10-14 作者简介赵德志(1933-)男河南陕县人研究员主要从事通航工程水力学研究工作2004年4月 SHUILI XUEBAO 第4期式中c 为波速g 为重力加速度L 为波长T 为波周期Lk π2=为波数d 为水深上式也可写为gd k kd dLgdc 1tanh 2==π (3)其中Ldd L k ππ2tanh21表1 k 1值随L/d 的变化D/L∞4.0 1.0 0.50 0.20 0.1 0.04 0L/d 0 0.25 1.0 2.0 5.0 10 25 ∞ k 10 0.282 0.399 0.563 0.822 0.941 0.990 1.0k 1随L/d 的变化见表1从表1可知波长愈长则波速愈接近于gd(1)当L/d25时一般称为长波此时k 1=0.991.0得gd c =(4)即是波高可忽略不计的浅水长波的波速公式 (2)当L/d25时一般称为短波此时tanhkd1.0得ππ22gTgL c ==(5)(3) 由式(1)知波长和周期及水深的关系式为kd gT L tanh 22π=(6)在深水中波长π220gT L = (7)上述微小波浪要素关系式是在受重力作用下得到的下面在此基础上论证水体表面张力对波浪传播的影响2004年4月 SHUILI XUEBAO 第4期1.2 受表面张力影响时微波传播速度实际上长度很短的微波除受重力作用外表面张力的作用也是显著的它对波浪传播速度的大小有着重要的影响根据文献[]介绍H.E.柯钦在理论流体力学第一卷第二分册(1956年)中论证了考虑到表面张力影响时深水进行波的波速近似地由下式计算L gL c ρπσπ22+=(8)式中为水与空气的表面张力为水的密度从上式可知根号内第一项为前述的短波波速是由重力作用产生的它同波长L 直接成正比而第二项是由表面张力产生的同波长L 成反比波长若很长则第二项可忽略不计于是公式就便为前述的重力波了(式(5))对于波长很短的波其波速c 几乎完全取决于式中第二项主要受表面张力的作用这就是通常所谓的毛细波波的行进速度为Lc ρπσ2=(9)对式(5)(8)(9)3公式取空气中水的表面张图1 波速C 与波长L 关系曲线力为m s mkg /073.02⋅分别算得波速与波长关系曲线见图1由图可知波长L<min(或C<C min )的波为毛细波(受表面张力为主)波长L>min (或C>C min )的波为重力波(重力作用为主)将式(8)对波长L 微分并使0=dLdc 求得最小波速时的波长为gL ρσπ2min =, (10)可见波长愈小于L min波速受表面张力影响愈大当式(8)中L=L min 时的最小波速为4min 4ρσgc = (11)将20时水和空气的表面张力⋅=m s m kg m N /073.0/073.02和水的密度(998kg/m 3)及g(9.81m/s 2)代入以上两式各得2004年4月 SHUILI XUEBAO 第4期cm L 72.181.9998073.0142.32min =××=s cm c /1.2399881.9073.044min =××=可见不受表面张力显著影响的微波传播速度要大于23cm/s相应波长大于1.72cm2 根据毛细重力波理论说明表面张力和波速的关系关于水体表面张力和波速的关系文圣常在海浪原理[]一书也有评述在两层流体的接触面或一层流体的自由表面内存在着所谓表面张力在表面张力的作用下出现的波动叫做毛细波在表面张力与重力的同时作用下出现的波动叫做毛细重力波根据表面张力分布界面上的动力学边界条件导出波速的关系式为()ρρλπρρρρπλ+++−=Tg C 2''22 (12)式中C 为波速g 为重力加速度为波长为分别为上下两层流体密度T 为表面张力(单位宽度的表面内的作用力)此式和前述的式(8)完全一样只是式中符号字母不同右侧第一项包含g 体现重力的影响第二项包含T 体现表面张力的影响对于波长很短的波波速随波长愈减小表面张力的作用愈显著对于大的波长波速随波长愈增大重力的作用变得愈显著文献[4]提到容易证明当波长等于()'2ρρπλ−=g Tm(13)时波速具有最小值C m 并由下式决定'''22ρρρρρρ−+−=gT C m(14)可见式(13)和(14)当设自由水面上的空气密度为零时分别和前面导出的式(10) 和式(11)相同对波长小于m 的波开尔文(L.Kelvin)建议称为涟漪对于空气和水组成的两层流体如取表面张力m s mkg T /073.02⋅=水的密度=1000kg/m3空气密度=1.299kg/m3g=9.8m/s 2,则由式(13)和式(14)可得最小波速时波长m=1.78cm 最小波速C m =23.2cm/s 此二值和前述计算值基本相同3 结语(1)以上分析说明波长很短的微波即所谓的毛细波主要受表面张力的作用其波长小于1.72cm2004年4月 SHUILI XUEBAO 第4期波速小于23cm/s 因此在进行明流的模型试验中当原型水流以重力为主时在选择模型比尺时应注意不使模型过小按佛劳德模型定律(重力相似定律)设计模型必须使波速大于23cm/s 使不受水体表面张力影响方能正确复演与原型相似的水流现象(2)短波L/d 2.5时π2gL c =取L=2.5d 水深d=1.5cm可算得其波速大于23cm/s 可见明流模型中最小水深应大于1.5cm 可满足波速大于23cm/s 使水流重力作用不受表面张力显著影响的要求考虑到模型加糙物的影响和流速测量的要求一般模型水深要求不宜小于3cm参考文献[1] 水工(常规)模型试验规程(SL 155-95)[S]. 北京中国水利水电出版社1995.[2] 水利水电科学研究院南京水利科学研究院.水工模型试验(第二版)[M]. 北京水利电力出版社1984.[3] 天津大学水力学及水文学教研室编.水力学(下册)[M]. 北京人民教育出版社1980.[4] 文圣常.海浪原理[M]. 济南山东人民出版社1962.Effect of surface tension on hydraulic model testZHAO De-zhi, LI Yan(Tianjin Research Institute of Water Transportation Engineering, Tianjin 300456, China)Abstract Based on the mechanics of wave, the expression of water wave propagation velocity under the action of gravity is deduced and the effect of surface tension on small wave is analyzed. In case the media over the water surface is air, the effect of surface tension can be neglected only if the wave velocity is higher than 23cm/s.According to this analysis, the restriction of water surface velocity in hydraulic model must be higher than 23cm/s, which is stipulated in the regulation of hydraulic model test, is incorrect. It is concluded that in hydraulic model test for short wave(the ratio of wave length to water depth 2.5), the minimum water depth in the model must be larger than 1.5cm. In practice, it is suit able to take 3cm as the minimum water depth. Key words hydraulic model test; surface tension; wave velocity; minimum water depth。