港航工程模型试验(三章1～6节).pptxVIP

第三章 河工模型试验;;2 研究方法; 3 河工模型分类 固定河床(定床)——模型水流为清水，河床在水流作用下不发生变形的模型称为定床模型； 活动河床(动床)——模型水流挟带固体颗粒，河床在水流作用下发生变形的模型称为动床模型。; 4 适用条件 定床——在河床冲淤变化甚小，或虽有变形，但变形对所研究的主要问题影响不大时。定床模型试验在理论和实践上都比较成熟，结果可靠，目前应用十分广泛。 动床——研究水流、泥沙相互作用而引起的河床冲淤变化问题。动床模型试验的理论和实践，虽然正在迅速发展，但由于所研究的问题极为复杂，至今仍然不十分成熟，有待进一步完善。 ; 动床模型 推移质动床模型 悬移质动床模型 全沙动床模型; 河工模型不论动床或定床，均可分为正态与变态两种。 正态模型——各个方向的长度比尺相同，几何形状与原型完全相似。 变态模型——受（相似、场地、经费等）条件限制。模型的几何相似的偏离。 （注意限制条件） ; 河工模型试验首先应该保证水流运动的相似。而其研究和模拟的对象－－天然河流，通常都是三维紊动水流。作为通用的情况，有关物理量的相似比尺关系式，可根据三维紊动水流的微分方程式，采用第一章介绍的相似转换的办法导出。 ;(3-1);第一节 概 述  二、三维紊动水流运动相似的基本条件;由于几何相似应得到保证，故有如下长度比尺的关系式：;（3-3）; 利用式（3-2）中的任何一式，进行相似转换即可求得：; 原型与模型由位变加速度引起的惯性力之比，等于由时变加速度引起的惯性力之比，实质上反映了水流运动连续性条件的相似要求。 对于两个非恒定流动的相似，它决定了时间比尺与流速比尺、长度比尺的关系。当水流为恒定流时，水流运动方程式中的时变项为零，这个比尺关系式将自动满足。 ;Fγ——弗汝德数;EU——欧拉数;Re——雷诺数; 原型与模型由时均流速产生的惯性力之比，等于由脉动流速产生的??性力之比。 由于脉动惯性力就是紊动剪力，它消耗水流的能量，对水流产生阻力作用。对于紊动水流，粘滞力可以忽略不计，这个比尺关系式就可视为惯性力之比等于阻力之比。; 以重力和阻力相似看，无法严格满足。联解（3-8）和（3-10）两式：;第二节 正态定床河工模型 一、正态定床河工模型的相似条件; (3-8)重力相似必须满足，模型和原型都在同一重力场，（λg＝1）用水做试验： ; 难于处理的是式(3-11)。该式所表达的实际是水流的阻力相似，是必须遵守的。然而由于脉动流速与其它水力要素之间的关系尚未充分揭露，故不能用此式直接导出实用的阻力相似条件，应另行设法处理。 为此，我们分析三维紊流的紊动剪应力，设x轴与水流方向一致，z为铅直方向，y沿河宽方向。这时xy平面上沿水流方向的单位面积的切应力应为:; 式中，A 为紊动粘滞性系数：v为时均流速。v′为脉动流速，下角标 x、z表示其所指的方向。 对于正态模型，各个方向的流速比尺、脉动流速比尺和长度比尺均相等。故由上述两式可导得如下比尺关系：; 考虑到; 由于在相似水流中点流速υ与垂线平均流速V是相似的，其比尺相等，因此又有：; 由于水流阻力系数f和谢才系数C分别遵循下列关系：; 亦可表示为：; 若从一维或二维紊流的微分方程式同样可以导出这些比尺关系，只是其涵义略有差别。如对于—维非恒定流的微分方程有： 连续性方程： ; 运动方程; 利用相似转换可求得：; 基本满足几何相似的正态模型必须遵守的水流相似条件是： 水流连续性相似 ： 重力相似： 阻力相似： 或 紊流限制性条件： 表面张力限制性条件： ; 实际模型设计中，实现阻力相似的手段很多，两种方法： (一)蔡克士大曲线方法 为了满足阻力相似(即λf＝1) 条件，在设计中应确定模型的绝对粗糙度 K。为此，可使用蔡克士大方法。