河工模型变态问题.ppt

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1、河工模型变态问题模型变态的必要性从相似论的基本要求出发，模型自然以满足几何相似做成正态为好，由于种种条件的限制，不得不在某种程度上降低几何相似的要求，将模型做成变态。这些限制主要来自两个方面：模型的平面比尺不能过小(即模型不能过大)。在不少情况下，由于试验场地面积的限制，使模型不能够做得太大，也就是模型的平面比尺不能太小。除了场地面积这个因素以外，还有建造模型的工作量问题，以及模型建成以后模型试验运转工作量问题。供水系统的流量限制也是一个重要因素。模型的铅直比尺不能过大(即模型铅直方向的深度不能过小)。主要是模型的水深不能太小，如果模型的水深过小，就有可

2、能引起一系列的问题：如模型中的流速太小，量测精度难以保证；模型水流的雷诺数太小，不能保证水流的充分紊动；表而张力影响太大，超过了允许限度；模型所要求的糙率系数太小，采用一般制模材料，即使尽可能磨光也难以达到要求，等等。模型变态的类型几何变态比降变态时间变态泥沙变态流量变态模型变态的类型几何变态：模型变态的类型比降变态、将整个正态或变态模型按设计要求把整个模型比降加大或减小m倍模型变态的类型时间变态由水流连续：由悬移质运动引起河床变形由推移质运动引起河床变形这是由模型选用轻质沙的原因造成。考虑河床变形相似，总是按λt’或λt“来控制放水模型变态的类型泥沙变

3、态也不相似模型变态的类型流量变态模型变态对水流运动的影响连续方程式从水流连续方程式和运动方程式模型变态对水流运动的影响运动方程式模型变态对水流运动的影响可以导出有关比尺关系式,并获得从严格的相似理论来说，模型必须做成正态；在三度非均匀的情况下，模型只能做成正态在纵剖面二度均匀流的情况下，模型最宜做成变态也就是说，凡是二度性（纵剖面二度性）及均匀性愈强烈的河道水流，模型被做成变态的可能性愈大，所允许的变率也愈大。反之，凡是三度性及非均匀性愈强烈的河道水流，模型不宜做成变态。如果，在特殊情况下，被迫做成变态，则对它的变率必须严格控制。几何变态模型，河道断面形

4、态由宽浅变为窄深。促使水流三度性增强。孔口变形使过流状态及过流系数不相似（水工水利学模型应注意）。断面糙率分布不相似，使流速分布、流速场不相似。时间变态将导致洪水波及水库回水上延的传播速度不相似模型变态对水流运动的影响对顺直河段纵向水流运动：模型变态对纵向水流运动相似性没有影响对纵向流速垂线分布垂线流速分布不相似模型变态对水流运动的影响弯道水流对纵向水流运动对横比降对河底平面水质点运动方向的影响对环流的影响对环流强度的影响对环流旋度的影响对弯道横向流速垂线分布的影响对环流消失长度的影响模型变态对水流运动的影响弯道水流对纵向水流运动对弯道水流动力轴线没有影

5、响弯道内，垂线平均流速沿河宽及河长的分布可以达到相似或不相似变态模型内垂线平均流速偏向凹岸对横比降变态对横比降相似没有影响模型变态对水流运动的影响弯道水流对河底平面水质点运动方向的影响变态模型的河底流向Φ较正态模型为大，增大的数值与变率成正比对环流的影响变态使环流与原型不一致对环流强度的影响变态模型的环流强度随变率增大而增大，从而加大了泥沙的横向输移对环流旋度的影响变态模型中的环流旋度大于原型正态模型，底沙横向输移量变态模型比正态模型（或原型）要大，造成凸岸淤积增多模型变态对水流运动的影响弯道水流对弯道横向流速垂线分布的影响变态使横向垂线分布与原型不相似

6、对环流消失长度的影响变态模型中的环流消失长度与原型不相似－详情请见张红武硕士论文、长江科学院（1990年）进行的系列模型试验对变率影响的研究报告模型变态对泥沙运动的影响对推移质的影响变率对推移质的影响主要体现在泥沙的起动和输沙率两方面。与平床和纵剖面变化大小及模型沙水下休止角等有关对悬移质的影响对悬移质浓度垂线分布的影响悬移质垂线含沙量分布不相似对含沙量的影响由于悬移相似存在两个比尺，故含沙量比尺也存在两个比尺。目前较多的做法是，验证试验后含沙量比尺取验证值。故变态的影响不那么突出变率允许值的确定变率允许值确定的三种方法：从水流结构的角度从泥沙运动的角度

7、从河床演变的角度变率允许值的确定从水流结构的角度以往文献往往根据在水槽试验中获得二维流的宽深关系来确定对变率的限制。根据坎鲁根的研究，在糙率分布均匀，水流位于阻力平方区条件下，边壁影响流速场的宽度约为2.5倍水深h。设水面宽为B，则在B-2×2.5h＝B-5h内，水流将具有二维流性质，不受边壁的影响。因此，过水断面内二维流区域存在的条件为B/h＞5。如果糙率分布不均匀，水流不位于阻力平方区内，这个数字还将有所变化，在河底糙率较大，边壁糙率较小的条件下，这个数值还将减小。根据冈恰洛夫的研究，要使流速场与二维水流的流速场比较接近，则要求B/h＞10。根据洛西

8、耶夫斯基的水槽试验当水槽中的宽深关系小于一定程度(例如8)之后，断面内的环流方向