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水工模型试验

水工模型试验

根据水力相似原理，在水工建筑物模型中观测水流运动规律，为工程设计和运行提供科学依据的研究方法。

概要
水工模型试验属水力模型试验的范畴，一般指水利工程中各类建筑物水力学问题的模型试验；至于宽广水域如河道、水库和港湾中水利工程设施的模型试验，则称为河工模型试验、港工模型试验等。
模型的规划设计及制造
(1)模型的规划。依据研究要求，选定模型的范围和类型，再结合试验条件、选定模型比尺。一般水工建筑物采用正态模型，按弗劳德相似准则设计。枢纽整体模型比尺一般为1:50〜1:120，单项泄水建筑物整体模型为1:20〜1:80，局部或二元模型比尺为1:10〜1:50；管道工程如船闸灌泄水系统模型比尺为1:10〜1:30；闸门止水缝隙切片模型比尺为1:1〜1:5等等。当研究泄水建筑物下游的消能冲刷问题时，需要在模型中设置动床，参见局部冲刷模型试验。
（2）模型的设计制造。充分利用模型材料的性能，制成精确、价廉和便于观测和改动的模型。制造模型的材料有水泥砂浆及其他水泥制品、木材、玻璃、塑料、钢材和砖土砂石等。尽可能考虑材料使用时的可塑性、模型定型后的稳定性以及模型构件的装配化，有利于重复使用。
（3）测试系统的布置。按试验要求选定测点、断面或区段，布置量测水位、压强、流速和流态等仪器设备。
（4）试验前的准备工作。在设计模型的同时，编写试验大纲和工作计划。试验内容和资料要有系统性、对比性和可校核性，要考虑试验过程中对计划的补充、修改，在模型试验全过程中还要建立完整的记录制度。
在模型制造完成和量测仪器设备安装后，要进行校核，并记录精度和误差，仪器读数相对高度、零点读数等，然后进行模型试水，检查供排水系统，量测仪器设备的运转情况。
试验程序
（1）验证试验。在河道模型中观测模型河流水面比降，验证河床糙率是否相似，必要时进行修正。
在管道模型中，由于选用的模型管壁糙度不易修正，只能在测定模型糙率值后，经计算改变模型管道的长度或坡度或上游水头来满足水头损失的相似。
在动床模型中，验证水流条件和冲淤情况是否相似，必要时修正模型沙、模型流量及其过程等。
（2）原布置试验。对原设计方案进行试验，观察水流现象，量测水力要素，对照设计意图进行分析。
（3）修正比较试验。针对原布置试验中发现的问题，参考国内外已有的科研成果，提出修改比较方案，进行优选。
（4）总结试验。针对选定最佳方案进行全面系统的试验观测，提供充分论证。
（5）资料整理和分析。绘制图表曲线，并将观测的数据进行相关分析，求出一定的关系式，供设计和科研工作参考。
（6）编写报告。叙述工程情况、试验要求、模型设计、试验设备及量测仪器原布置试验结果和问题，修改方案和推荐方案的成果，作出结论并讨论存在问题。
由于试验条件和技术限制，某些现象如边界层流动、掺气、空蚀和岩石冲刷等难以做到完全相似，不能简单地将模型资料引伸到原体，在报告中应作必要的说明。
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