河海大学-港口航道工程综合试验-水流流速场试验

试验一水流流速场试验

1 实验目的与要求

水流是泥沙运动的主要动力，在与河床、建筑物之间的相互作用中起到决定性的因素。掌握和了解水流结构及其运动变化规律，是研究和分析河床变形、建筑物相互作用的基础。

2 实验内容

1.测量和研究水槽顺直段、弯曲段两侧水位沿程变化规律。

2.测量和研究水槽顺直段、弯曲段水流流速沿程、沿水深的变化规律。

3.计算各垂线平均流速，推求和研究垂线平均流速沿程、沿宽度的分布规律。

3 实验原理

如图所示，在顺直水槽与弯曲水槽各设置3个测流断面，每个测流断面设置3条测流垂线，测量并记录每条垂线处的水位。每条垂线沿水深测量和记录相对水深为0.2h、0.4h、0.5h、0.6h和0.8h处的流速。根据测量记录的数据分析顺直水槽段与弯曲水槽段水位沿程、沿水槽宽度的分布规律以及水流流速沿程、沿水槽宽度、沿水深的分布规律。

4 实验步骤

1.阅读和掌握实验目的、实验要求以及实验内容。

2.熟悉和掌握精密水位仪的使用原理与操作方法。

3.熟悉和掌握旋浆式流速仪的使用原理与操作方法。

4.开启水泵，调节水槽尾门，保持沿程水流恒定状态，并观测、记录水位。

5.分别在顺直、弯曲段设置断面，沿宽度设置3个测流垂线，沿各水深测量。

6.整理并分析有关数据，绘制顺直、弯曲段水位、流速分布规律图。

5 实验数据记录

表1 水位流速测量记录表

截面编号位置

(m)

水位(cm)

断面平均流

速(cm/s)

各相对水深处测量流速(cm/s) 垂线平均流速

(cm/s)

垂线0.2h0.4h0.6h0.8h

1 1.8左岸9.5

28.1

126.527.327.628.027.3右岸9.5238.642.240.338.642.2平均9.5322.325.626.729.025.6

2 3.6左岸9.4

28.4

126.326.427.326.226.4右岸9.4233.335.936.635.135.9平均9.4325.227.425.725.827.4

3 4.8左岸9.1

29.3

125.226.128.926.826.1右岸9.1227.336.435.134.836.4平均9.1320.527.325.628.527.3

4 6.0左岸9.0

29.3

126.227.729.126.927.7右岸9.2228.831.334.032.731.3平均9.1324.427.228.227.727.2

57.3左岸8.9

29.6

128.429.933.029.229.9右岸9.1228.832.330.729.732.3平均9.0325.628.229.228.728.2

69.6左岸8.5

30.3

128.233.135.430.433.1右岸9.1229.430.330.327.330.3平均8.8325.927.630.527.027.6

711.8左岸8.6

30.3

130.030.128.926.230.1右岸9.0229.432.632.728.032.6平均8.8328.529.129.528.329.1

注：垂线1距左岸10cm左右，垂线2于中间，垂线3距右岸10cm左右

6 实验数据处理

6.1水位沿程变化

根据表1中测量所得数据整理出水槽沿程各断面水位变化如表2，据表2绘出水位沿程变化图如下。

表2 水位沿程变化表

测量位置断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7左岸(cm)9.59.49.19.19.08.48.5右岸(cm)9.59.49.19.29.19.19.0平均(cm)9.59.49.19.08.98.58.6距离(m) 1.8 3.6 4.8 6.07.39.611.8

6.2弯曲段水位横向比降

在水槽弯曲段由于离心力的作用，水面线将出现横向比降，统计得到水槽弯曲段三个断面处的水槽横向比降如表3所示。

表3 弯曲段水槽横向比降统计表

截面编号位置(m) 水位(cm) 水位差(cm) 水槽宽(m) 比降（‰）

57.3左岸8.9

0.2 1.2 1.67 右岸9.1

69.6左岸8.5

0.6 1.2 5 右岸9.1

711.8左岸8.6

0.4 1.2 3.3 右岸9.0

6.3流速沿程变化

根据表1所测得水槽沿程各断面流速情况，得到各测杆所在位置出的流速沿程变化如表4，并据表4绘出各测杆垂线的平均流速沿程变化图。

表4 流速沿程变化表

测杆位置断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7左岸平均27.326.426.127.729.933.130.1中间平均42.235.936.431.332.330.332.6右岸平均25.627.427.327.228.227.629.1断面平均28.128.429.329.329.630.330.3

6.4流速沿水深分布

分析流速沿水深分布情况，分别取直线段断面4的三条垂线与弯曲段断面6的三条垂线分别作流速沿水深分布如表5，绘制流速沿水深分布图，作相应拟合。

表5 流速沿垂线分布表

截面位置水位各相对水深处测量流速（cm/s）

4 6.09.1228.831.334.032.7

9.2324.427.228.227.7

69.6

8.5128.233.135.430.4

8.8229.430.330.327.3

9.1325.927.630.527.0