SL 155-1995 水工(常规)模型试验规程.pdf

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1、中华人民共和国行业标准水工常规模型试验规程发布实施中华人民共和国水利部发布中华人民共和国行业标准水工常规模型试验规程主编单位南京水利科学研究院批准部门中华人民共和国水利部中华人民共和国水利部关于发布水工常规模型试验规程和水工专题模型试验规程的通知水科技号部直属各单位各省自治区直辖市水利水电厅局根据部年水利水电技术标准制修订计划由部科学技术司主持南京水利科学研究院主编的水工常规模型试验规程和中国水利水电科学研究院主编的水工专题模型试验规程经审查批准为水利行业标准并予以发布标准的名称和编号为水工常规模型试验规程水工专题模型试验规程本标准自发布之日起生效在实施过程中各单位应注意总结经验如有问题请函告

2、部科学技术司并由其负责解释标准文本由中国水利水电出版社出版发行一九九五年七月二十一日目次总则相似准则试验基本设备试验量测仪器模型设计模型制造与安装试验程序试验内容与方法资料整理与分析报告编写附录参考件水工模型试验测量精度附加说明总则为统一水工常规模型试验的标准和方法提高水工模型试验质量特编制本规程本规程适用于以重力为主要作用力的水工常规模型试验包括明流和有压流常规模型试验研究范围包括水利枢纽布置和各种水工建筑物的工程水力学问题如泄水建筑物的体型优化泄流能力水流作用于建筑物上的压力和脉动荷载上下游水流衔接消能工的作用以及下游局部冲刷和防冲措施等在进行水工常规模型试验时除应执行本规程外尚应执行有关

3、的规程规范及试验方法相似准则模型与原型必须保持几何相似水流运动相似和动力相似常规模型试验主要作用力为重力必须遵循重力相似准则即模型与原型佛劳德数应保持相等在满足重力相似的基础上还须满足下列限制条件模型水流应进入阻力平方区若有困难至少应保证在紊流区模型糙率达不到相似要求时应选择合理方法进行糙率校正模型表面流速宜大于水深不宜小于水工建筑物模型不得采用变态试验基本设备供水系统设施水工模型试验必须具备供水系统设施包括蓄水池动力泵平水塔配水管和回水槽等蓄水池一般采用矩形或圆形蓄水量可按试验室面积乘以水深估算动力泵一般采用离心式水泵具体型号和配套组合视试验室用水量和运行情况而定平水塔高度不宜低于容积可按最

4、大供水量乘以估算溢流槽长度可取水面变差而定配水管路可采用级网络布局常用管径为的钢管并在适当位置安装控制闸门回水槽宜采用环状布置槽底坡度并在适当部位加设拦污栅和集水井具备天然条件的水工试验室亦可采用自流式供水系统固定通用设备根据试验任务可修建玻璃水槽高水箱和压力箱等通用性固定设备玻璃水槽技术规格要求一般槽宽高长流量玻璃厚度应满足强度和变形要求玻璃间接缝应平整光滑止水性好槽宽精度应控制在以内若有需要可附加变坡装置变坡范围调节宜轻便灵活高水箱技术规格要求箱体呈矩形边长高容积孔宽比供水量不小于当水头大于时宜采用钢结构最大箱体变形不超过箱内宜布置升降式平水槽槽长视允许水面变差而定箱内应设稳流装置保证水面

5、平稳和出流均匀压力箱技术规格要求箱体宜采用平卧圆筒形直径长供水量不小于压力不超过水头压力箱应自成供水体系采用电机稳流器保持恒定流量箱内设稳流装置保证出流均匀结构强度按压力容器设计试验量测仪器水位水面量测仪器水位测针用于测恒定流水位选型应满足量程和精度等要求自动跟踪水位计用于测非恒定流水位选型应满足量程范围和跟踪速度等要求波高仪用于测水面波动选型应与二次仪表匹配压力压强量测仪器测压管用于测恒定流时均压力具体要求如下测压孔内径应小于孔口应垂直边壁且与过流面齐平测压管玻璃管内径宜大于管径均匀管身保持直立零点高程由水准仪校正当压强超过水柱时宜用汞柱测压计具体要求同当压强超过水柱时宜采用压力表选型应满足

6、量程和精度要求液柱比压计用于测两点间的压强差工作液体应满足以下要求不粘管壁液面清晰易读与水接触不致混合不污染水和不腐蚀管壁温度变化对重率影响不大化学性能稳定不易蒸发晶体压力传感器用于测动态压力和脉动压力选型应满足以下要求感应膜直径小于自振频率大于被测量频率倍输出信号与二次仪表匹配综合精度满足试验要求流量量测仪器量水堰用于测恒定流流量选型应满足量程和精度要求当流量量程时宜选用直角三角堰流量根据率定曲线确定当流量量程时宜选用矩形堰流量计算采用雷白克经验公式当流量量程可选用复式堰流量计算必须采用率定结果量水堰的安装要求三角堰堰槽宽度应为倍最大堰上水头矩形堰堰板高度应大于最大堰上水头倍堰板应与堰槽垂直

7、正交堰板顶部水平堰槽必须等宽槽壁稍超过堰板位置矩形堰板与堰下水舌之间应设置通气孔尾水与堰顶高差不小于消浪栅设置在堰板上游倍最大堰顶水头处水位测针孔设置在倍最大堰顶水头处文德里管用于测恒定流流量体型及尺寸应符合标准设计管径视流量而定流量系数采用率定曲线文德里管的安装要求上游倍管径和下游倍管径距离内无闸门弯头等水管配件管路测压孔位于上游处喉部测压孔位于喉部中央测压断面设个测压孔孔径为用均压环串联管子的中心线呈水平电磁流量计用于测非恒定流流量选型应满足量程和精度要求流速量测仪器毕托管用于恒定流时均点流速的测定体型及尺寸应符合标准设计选型视流速量程而定当流速量程可选用管径为标准毕托管当宜选用管径为微型

8、毕托管微型旋浆流速仪宜用于测量小流速性能要求如下叶轮直径小于起动流速流速与转速接近线性即值由率定试验确定激光流速仪和热线膜流速仪用于测量高流速脉动流速以及窄缝旋涡等处流速使用时应参照仪器说明书量测仪器检定量测仪器凡属有计量检定规程的应送国家或行业技术监督部门授权的计量检定机构检定合格凡是专用计量器均应按规定自检合格凡自行研制的仪器仪表应经相应的技术监督部门鉴定合格方可使用仪器设备的检定周期送检的仪器设备应按国家或行业检定规程的规定自检仪器设备的检定周期应按部门发布的校检验方法确定对于某些没有统一制定行业校检验方法的计量器具应由各检测机构编写校检验方法规定该仪器设备的检定周期水工模型试验测试仪器

9、及其准确度的控制要求详见附录参考件模型设计按重力相似准则并按几何相似进行模型设计根据试验场地设备供水量和量测仪器精度等要求同时参照条的限制条件选定模型类型比尺及截取范围模型类型的选择研究枢纽布置与各建筑物的相互关系宜采用整体定床模型比尺不宜小于研究枢纽中某一建筑物的水力特性宜采用单体模型比尺不宜小于研究建筑物某一部位的水流现象可采用局部模型比尺不宜小于研究对象接近于二元水流时可采用断面模型比尺不宜小于研究枢纽建筑物上下游的局部冲淤可采用局部动床模型比尺不宜小于根据需要一项工程试验可同时选择一项以上的模型类型模型截取范围纵向截取长度需保证工作段的流态不受影响横向必须包括最高水位等高线并留有适当的

10、安全超高模型制造与安装绘制模型总体布置图建筑物模型详图有关测点布置图并提出模型加工与安装要求可供选用的模型材料有木材水泥有机玻璃硬塑料板和镀锌铁皮等模型边墙可用砖砌或预制装配边墙无论采用何种边墙均需进行稳定和强度计算模型地形制作可采用断面板法桩点法和等高线法采用前两法时模型中两控制断面间距可取对于地形变化较复杂的河段控制断面应适当加密模型安装要求平面导线布置视模型形状和范围而定导线方位用经纬仪控制允许偏差为水准基点和模型高程用水准仪控制允许误差见条精度控制要求建筑物模型高程允许误差为地形高程允许误差为平面距离允许误差为水准基点和测针零点允许误差为校核与验收模型安装完毕应进行全面校核并有完整记录

11、校核完毕后应进行试水发现问题及时采取补救措施对于大型或重要工程模型应由单位主管部门组织技术验收并签发验收合格证书试验程序根据试验任务和要求制定试验研究大纲包括试验内容组次和计划进度等正式试验应包括原布置试验修改比较试验和总结试验等正式试验前应进行预备试验包括糙率校正和量测仪器率定等修改比较试验告一段落应组织模型现场讨论邀请设计单位来人参加总结试验结束应及时整理分析资料发现可疑点随时放水补充订正提出正式试验研究报告试验内容与方法水位与水面线对应原型水位站设置测针筒用测针测读筒内水位通过校平后的活动测针架或测车用测针测读水流纵向或横向水面线选用自动跟踪水位计测定非恒定流的水位变化过程每测次重复测量

12、次用表格记录观测数据标明试验条件组次和日期泄流能力堰流试验操作步骤闸门全开固定某一流量将尾水调至最低即自由堰流待水位流量稳定后测读量水堰和上下游水位测针读数流量不变用尾门逐步抬高尾水位当下游水位影响上游水位时即淹没堰流同样测读量水堰和上下游水位针读数直至高淹没度堰流为止变换流量重复上述操作步骤即得新的试验组次孔流试验操作步骤闸门局部开启固定某一流量试验操作方法同堰流变换一次闸门开度或流量即得新的试验组次用表格记录观测数据然后按公式计算堰流和孔流的流量系数流速流向根据流速量程选用相应的测速仪器并按使用要求进行操作选择建筑物下游消能工前后以及最大冲坑处为流速主测断面其他断面视需要而定施测断面至少布

13、置条垂直测线每条垂线至少应有个测点在观测流速的同时进行流向流态观测一般采用目测法或摄影法用表格记录流速观测数据并按公式换算至原型动水压力检查测压孔和测压管是否符合要求检查重点部位的测压孔有无遗漏用水准仪测定测压板零点高程按编号顺序用钢尺量测测压管内水柱高度用表格记录观测数据然后按公式换算至原型当模型测得的负压值按长度比尺换算至原型而将导致空化现象时则负压值不能引伸至原型脉动压力将脉动压力传感器安装在原测压孔部位表面须垂直边壁且与过流面齐平若上述安装要求有困难可在传感器与测压孔之间串接刚性短管管长应短于将电信号输入二次仪表记录或贮存每测次应重复测量次试验结束后传感器须再率定一次局部冲刷模型沙选择

14、用天然散粒体模拟由砂砾石组成或岩石节理极为发育的原型河床具体粒径按抗冲流速相似选择之用轻质模型沙模拟由细颗粒泥沙组成的原型河床具体粒径宜通过预备试验确定用节理块或胶结材料模拟由岩体构成的原型河床要求达到抗冲流速相似模型铺沙高程应根据基岩面高程确定必要时可按覆盖层和基岩分层铺设铺沙范围应大于冲刷范围峡谷河床必须考虑岸坡冲刷冲刷试验时间一般定为特殊情况应由预备试验确定按严格的操作程序进行试验避免因操作失误而扰动原状沙面或冲淤地形用等高线法测绘冲淤地形渠道波浪测点应布置在建筑物下游大尺度紊动区的岸坡和通航地段选用波高仪为主测仪器将电信号输入配套的二次仪表记录或贮存每测次记录时间不得短于并重复测量次试

15、验结束后波高仪须再率定一次资料整理与分析原始资料原始记录数据出现错误时只许划掉重写不得涂改原始资料应及时整理计算者和校对者均应签名数字的有效位数应与精度和谐一致试验结束后应将原始资料整理归档成果表达方式当同一试验内容有多组试验资料或一组试验资料有几个参数时可列表表示当一组试验资料中的两个变量互为函数关系时可绘图表示当试验组次较多时可用经验公式表达变量之间的函数关系重要工程或重要研究项目应有录像成果整理分析水位与水面线应按试验组次绘制成相应的图表泄流能力用流量系数表示绘制成相应的流量系数曲线或建立相关的经验公式流速分布按试验组次绘制相应的图表流态流向应绘制平面图标明水边线静水区回流范围和主流方向

16、时均压力按试验组次绘制各部位相应的压力分布图表脉动压力试验数据经分析处理后应以压力脉动均方根值功率谱概率密度和相关函数等特征来描述并绘制相应图表局部冲刷应根据试验结果绘制冲淤平面图以及冲坑的纵剖面和横剖面图波浪应以波高周期和频谱特性等参数来描述并绘制相应图表报告编写报告格式封面试验报告封面应写出报告的全称排在上方居中院所名称和日期排在下方居中扉页报告扉页为审批表包括主要参加人报告编写人项目负责人审查人和批准人等内容提要用简短文字叙述试验内容和成果结论等正文为试验报告的主体报告正文报告文字应清晰语句要精练通畅不得使用未正式公布的简化字自造字标点分明正确报告内容包括工程概况试验任务模型设计测试手段

17、成果分析和结论建议等结论观点应明确建议要切合实际计量单位必须使用中华人民共和国法定计量单位技术术语应按国家标准或行业标准尚无统一规定的应给术语以定义报告审批报告应由项目负责人认真校核并对报告负责报告必须经执行任务的基层负责人审查上级核定主管部门批准重大项目的试验研究报告应经学术委员会或专家组审批附录参考件水工模型试验测量精度鉴于水工模型试验研究方法及采用的仪器设备模型等种类较多涉及学科领域广较一般实验室检验计量有其特殊性为此根据仪器的技术要求提出水工模型试验测量精度的补充规定表各项测试的准确度要求和注意事项施测对象测试仪器准确度控制注意事项试验模型水准仪经纬仪钢尺控制局部模型高程和宽度误差小于

18、长度误差小于整体模型地形高程误差小于平面距离误差小于试验中模型变形不得超过漏水量不得超过试验最小过流量的需按水工常规模型试验规程确定相似准则及模型范围和比尺试验模型必须满足有关规定的限制条件注意减小缩尺影响水面水位量水测针测针零点高程的精度应控制在每一测次应重复测读次取其稳定值或平均值测读精度应达测杆必须安装牢固并呈铅垂方向试验前应检查测针及连接管不得有堵塞气泡及漏水现象自动跟踪水位仪率定曲线的偏差系数不得大于水位计测杆必须安装牢固并呈铅垂方向每次测试前应按有关规程进行自检率定试验量测区间应在率定曲线的直线部分流量量水堰板用量水测针精度控制要求流量误差小于必须按有关规定的技术要求进行量水板的安

19、装待流量稳定后方可测读上游测针读数按不同堰型的率定曲线或有关计算公式推算模型流量文德里量水计测量误差小于必须按有关规定的技术要求进行文德里量水计的安装必须定期进行自检率定画出流量率定曲线续表施测对象测试仪器准确度控制注意事项流速毕托管自检率定当雷诺数范围内流速系数误差控制在每一测次应重复测读次取其稳定值或平均值比压计水头差测读精度应控制在以内试验前应检查毕托管和连接管是否堵塞或漏气在静水中进行充水排气使比压计两端水柱同高在不进气条件下将毕托管放入施测位置的水体中对准流向以比压计的压头差值最大读数记录旋浆流速仪自检率定率定测点不得少于个应满足以上测点偏差不超过每一测点记录值不得少于次每次采集时间

20、不得少于断面流速迭加计算与实测流量比较两者误差应不超过每个测流断面测读不得少于条垂线每条垂线测点不得少于点压力测压管用水准仪测定各测点及测压板零点高程测读精度应达在静水中校验测压管液面与测点高程一致误差不超过流态稳定后方能测读每一测次应重复测读次取其均值或稳定值测读精度应控制在以内按有关规定的技术要求安装测压管每次试验前应检查测压孔和测压管是否符合要求用清水驱赶测压管与连通管中的气泡传感器的安装应符合有关规定脉动压力传感器每次测试前应按有关规定进行系统自检率定率定量测区间应大于试验量测区间率定曲线的偏差系数不得大于每次测量的记录时间不得少于附加说明主编单位南京水利科学研究院参加单位水利部长江科学院主要起草人周名德张声鸣周益人