SL 155-1995（条文说明） 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SL 155-95 条文说明目次l 总贝则tl. . .川.川. .川.川.川.川.川.川.川.川. (19) 2 相似准则.川.川. . (19) 3 试验基本设备. . (21) 4 试验量测仪器. .气.(22) 5 模型设计. . . . . . . . (25) 6 模型制造与安装._. . . . (26) 7 试验程序. . . . . . . . . (27) 8 试验内容与方法. . . . . . (27) 9 资料整理与分析. . . . . . . . . . (29) 10 报告编写. . . (30) 附录A各项试验参数

2、记录计算表.(31) 18 1总则1. 0.1 根据水利部技术监督委员会对制订规程、规范的有关精神，本规程总结了新中国成立以来水工(常规)模型试验的实践经验，编制了水工(常规)模型试验规程(SL155-95川和水工(专题)模型试验规程(SL156-165-95门，由这两部分构成了一整套完整的水工模型试验规程，目的是提高试验成果质量，更好地为四化建设服务。1. O. 2-1. O. 3 条文明确重力为主要作用力并规定相应的研究范围，以别于其他专题研究。2 相似准则2.0.1 从严格数理观点出发，模型与原型达成完全相似是不可能的。但只要模型比尺选择适当，模型与原型两个水流系统仍能存在足够的相似性。

3、条文规定的三项相似条件说明如下:(1)几何相似要求模型与原体之间的有关比尺，符合以下关系:民度比尺面积比尺Lr = Lp/L, Ar = Ap/Am = 1.; (2. 0.1-1) (2. 0.1-2) 体积比尺Vr = Vp/Vm = L (2. 0.1-3) 式中户，m , r一下标，分别代表原体、模型和比尺。(2)水流运动相似要求模型与原体之间的有关比尺，符合以F关系:速度比尺V ,. =叫/v，= L/r; 1 (2. 0.1-4) 加速度比尺ar= ap/a, = vr/1r = Lr1r-2 L.T;:l m.量比尺Qr = Q,/Q, =二.一=L1: 1 /, 1 111 I

4、;t1T;1 式巾l 时间号(2. 0.1-5) (2. 0.1-6) 19 真他符号意义同上。(3)动力相似要求模型与原体之间的有关比尺，符合以下关系z质量比尺mr = m/m. =rI_J: (2. 0.1-7) 力的比尺Fr = F庐/F.= PrLT; (2. 0.1-8) 式中P-水流密度z其他符号意义同上。1.0.1 根据牛顿普遍相似准则，当重力为主要作用力时，重力比尺与惯性力比尺应相等，即(F,)r = (ma)r 如果用尺度表示，则YJJ: = PrL;V; 将Y=pg代入上式，整理转化后，得(，灰)=肌=1v 0-式中v水流速度4g一一重力加速度pL一-特征长度gFr一一佛劳

5、德数，又称重力相似准数z其他符号意义同上。(2. O. 2-1) (2.0.2-2) (2.0.2-3) 按照重力相似准则，有关物理量的比尺换算关系见表2.O. 20 寝2.0.2置力相似I:尺换算褒物理量尺度正态模型变态模型物理量尺度正态模型变态模型长度L L, Lr ,Yr 流量JT- L l Lr少v2 面积L2 J. I . r,.,Vr 质量M v L#:Yr 体积J Lf. L;Jr 力重量)ML1-2 Lf L;y, 时间T L112 Lr! .rZ 压力ML-IT-2 1., y, 速度1.1-1 LI2 J uF lZ 动量MLT- LJ2 LFyf2 加速度1.7-2 L

6、y,/L, 能量MT 2 L) l.fyr. 20 2.0.3 为了消除或减少由次要作用力影响所产生的偏差，条文的限制条件说明如下:(1)原体水流雷诺数较大，通常在紊流阻力平方区。模型雷诺数比原体小Lj/Z倍，一般难以达到该区。但从阻力相似出发，模型至少应该达到紊流。根据莫迪(Moody)图解，层紊流的界限雷诺数大致在2500-5000之间。(2)根据重力相似准则，模型糙率比原体小LJ/6倍。如果，模型材料达不到这个要求，就要进行糙率校正，否则，无法保证重力相似。(3)欲在模型中重演原型水流的表面波I良，根据英国科学家L. Kelvin的理论计算，要求模型表面流速大于23cm/s.水深不小于3

7、cm。(4)变态模型一般限于大型动床整体模型，水王建筑物模型不得采用。否则，不可能达成任何动力相似。3 试验基本设备3. 1 供水系统设施3.1.1-3.1.6 循环式供水系统主要设备的技术规格要求，大都根据国内主要水工试验室的资料统计而得，并经实践经验是行之奇效的，具有实用参考价恒。3.1.7 自流式供水系统使用不多，因为它需具备定的天然条件。若有条件，当尽量利用，以节省维护费用。40年代初，成都水王试验室利用泯江都江堪的天然落差，住。我国白流式供水系统的先例。3.2 固定通用设备3.2.1-3.2.4 各种玻璃水槽、高水箱和1压力箱，都是根据不同21 用途筹建的固定通用设备。其技术规格尺寸

8、亦是参照国内主要试验室资料统计而得，具有实用参考价值。4 试验量测仪器4. 1 水位(水面量测仪器4.1.1 测针是测量恒定流水位最佳常规仪器，目前广泛地用于水工试验室，市场上有现成产品可供选购。4. 1. 24. 1.3 自动跟踪水位计和各种类型的被高仪，都是根据电学原理研制而成，可用于非恒定流水位和波高测量。但对水谊和水质均较敏感，露天试验场宜慎用。使用时，应勤于率定，以提高测量精度。4.2 压力(压强)量测仪器4. 2. 14. 2. 2 测压管是根据连通管原理设计而戚，是目前试验室最常用的测压仪器，其精度主要取决于测压孔和测压管的加工安装质量。4.2.3 机械式压力计，又称压力表，是利

9、用金属弹性元件受压变形的特性来测量压力。因其测量精度不及测压管，除极大压力外，一般不宜采用。4.2.4 比压计可供选用的工作液体见表4.2.4。表4.2.4可用法体比重表液体名称化学式比重(15.5C时柔水银Hg 13.6 四澳乙烧CHBr2CHBr 2 2.98 三澳甲炕CHBr3 2.90 四氯化碳CCl, . 60 22 续表4.2.4液体名称化学式比重(15.5C时a-氯苯C1oH,t I 1.20 氯乙酸乙醺CHzC1COOC2H5 1. 16 水H20 1. 00 甲苯C.HsCH2 0.87 煤油0.81 乙醇C2H20H 0.79 汽油0.74 4.2.5 晶体压力传感器及其二

10、次仪表，是测量瞬时动态压力和脉动压力必不可少的量测仪器，目前市场上有现成产品可供选用。4.3 流量量测仪器4. 3.14. 3. 2 量水堪属堪槽类量水仪器，亦是目前试验室测定流量最精密的常规仪器。根据标准设计制作和安装的各式堪型，其流量计算可引用以下经验公式z(1)直角三角堪可用南京水利科学研究院标准地秤校正后的拟合经验式Q = 1. 33H2.465 上式适用范围H=O.030. 25 mo (2)矩形堪可用雷伯克(T.Rehbock)经验公式Q = ( 1. 782 + O. 24手)BH.5上式适用范围H=O.030. 75 m。以上两式中H一一堪上水头，m; (4.3.1-1) (4

11、.3.1-2) Ho 修正后水头(=H十0.0011m) , m; p一一堪高，m; B堪宽.ffi; Q 流量，m3/s。23 (3)复式堪由直角三角堪和坦形堪两部分组成，如图4.3.1-1所示。经南京水利科学研究院标准地秤率定结果见表4.3.1。寝4.3.1H(cm) 3.57 4.56 5.70 6.95 8.57 19.96 复式堪(罐宽60cm)堪土木头与流量关系事定结果Q(/s) H(cm) 0.35 9.41 0.71 9.99 1.22 10.54 1.87 11.46 3.06 11.83 47. 5 23.09 向L60cm Q(l/s) 3.99 4.59 5.42 7.

12、91 9.17 71.0 H(cm) 12.44 13.00 14.95 17.63 18.93 24.93 卜革mA-AlJ面图4.3.1-1复式量水堪构造和尺寸Q(/s) 11.04 12.99 20.30 33.60 40.40 88.0 4. 3. 3-4. 3. 4 文德里管属差压类量水仪器，其精度虽不及量水堪，但由于装卸方便，又不占场地，目前仍广泛应用于水王试验室。流量计算公式为Q=C 1-ty=Gdl-2)4 (4.3.3-1) 式中Cr 流量系数，根据率远曲线确定，-般可取0.985;h一喉管与t游管路控制断面之间的水头差pG二喉管断面帜;24 A上游管路断面军只$d 喉管直径

13、$D一t游管路直径。4.4 流速量测仪器4.4.1 毕托管是测量恒定流时均点流速最佳常规仪器。南京水利科学研究院研制的2.5mm微型毕托管，配上必要的附件和仪表，可推广用于脉动流速和掺气流速的测量。流速计算公式为v=伊vfii(4.4.1-1) 式中h一一全压强和静压强之差，由比压t测得;?一一流速系数，根据率定试验，当雷诺数Re=3300-360000范围内，伊=1，误差1%-2%。4.4.2 微型旋浆流速仪是量测小流速的常用仪器，精度虽低于毕托管，但只要勤于率定，精度仍能满足试验要求。4.4.3 激光流速仪和热线(膜)流速仪，都是现代化测速仪器，但由于价格昂贵，且操作复杂，除专题研究外，一

14、般常规模型试验极少应用。4.5 量测仪器检定4.5.1-4.5.3 这是根据水利部计量工作管理办法要求制定的。5 模型设计5. 0.1 常规模型试验采用重力相似准则，并按正态模型设计，能重演或预演原体水流运动现象，成为模型设计的基础。5.0.2 模型比尺选择，首先应根据试验室条件，然后，再校验佛劳德模型限制条件，直至两者满足为妥。5.0.3 各类模型比尺，应尽可能大T条文规定的下限比尺，以求更佳的相似性。25 5.0.4 本条视试验任务和要求而走。5.0.5 本条是根据实践经验制定的。6 模型制造与安装6. 0.1 绘制模型布置图和加工图，必须具备下列资料z(1)水工建筑物设计样图。包括平面图

15、、剖面图及各个部件的放大图。(2)地形测量图。围的比例1: 500-1 : 2000。(3)水文地质资料。包括水位流量关系曲线、河床糙率、悬沙和底沙颗分曲线，1m水深时的起动流速及岩基分布和节理发育破裂等。6.0.2 条文所列的模型材料，考虑到材料性能、采购方便、价格低廉和加工叮行等综合因素，具体选用应结合模型特点。6. O. 3-6. O. 4 塑造模型地形最常用的是断面板法，技术要求如-f: (1)先在地形图上勾划模型导线，并与模型现场保持一致。(2)依据导线i卖:ll并记录每条地形断面等高线的水平距离及相应高程。(3)断面板经锯剪加工后，按编号次序对准模型相应导线位置.用水准仪测定高程，

16、加以固定。(4)模板间填料可用三合土、米砂或江河泥沙，分层排铺穷实。最后.用水泥砂浆抹面粉光。6.0.5 导线布置通常沿模型边墙，形成封闭导线网。若模型过大，吁在重要地段增设支导线。同时，水准基点高程要走得适当，并尽可能取整数。6.0.6 精度控制要求是根据现有测量仪器的精度制定的，一般可以做到。6. O. 7 模型校核验收是保证试验精度和提高试验质量的重雯环扎特别对F大型或噎要程模型试验，更应竖持这a条。26 7 试验程序7.0.1 在接受试验任务后，要深入了解设计的日的相意图，然后，编制试验计划大纲。7.0.2 原布置试验、修改比较试验和总结试验是试验过程的基本程序，具体要求如下:(1)原

17、布置试验针对原设计方案进行试验，并根据试验要求，量测有关水力参数进行分析。(2)修改比较试验针对原布置试验发现的问题，提出修改比较方案，进行优化。(3)总结试验针对选定的最佳方案，进行全面系统的观测，提供充分论证。7.0.3 校正试验指的是模型糙率校正。当河道变态时，要求模型糙率较大，可用梅花贴石或梅花桩以及砂浆拉毛等方式加糙，以达到模型与原型之间的水面线相似。当进行民管道模型试验时，要求模型糙率较小，而管壁糙率又难以修正时，可采用调整坡度-改变长度租调整水头等方法进行校正。关于量测仪器率定，指的是量水堪板、文德里管、毕托管和i旋浆流速仪等常规仪器。通常利用率定水槽作为率定主具，精度应控制在0

18、.5%以内。7.0.4 修改比较试验告一段落，应组织模型现场讨论，即阶段性技术小结。这对提高试验质量及成果为生产服务，十分重要，应当引起足够重视。7. O. 5-7. O. 6 总结试验结束或报告编写完成后，模型应尽可能保留一段时间，以备补充必要资料，满足王程设计要求冶8 试验内容与方法8.1 水位与水面线8.1.1-8.1.3 水位与水面线是水王模型试验最巫术测量JijllL27 主i则仪器是j则针和自动跟踪水位计，条文规定的试验方法是实践经验总结，可供参考。、8.1.4 试验记录表格见表Al。8.2 泄流能力8.2.1-8.2.2 附流能力是常规模型试验重点研究项目，仁测仪器是测针和量水堪

19、，日的是测流量系数，可分为自由堪流、淹没淹班、自由孔流和淹没孔流等四种流态。条文规定的试验方法是实践经验的总结，可供参考。8.2.3 试验记录和计算表格见表A2、表A3和表A4。8.3 流速(流向)8.3. )-8.3.4 流速分布包括纵向、横向初垂向兰个方面，是衡量消能1:作用的重要标志。主测仪器是毕托管和l做型旋浆流速仪，具体选型视流速l过程ni定。试验方法是实践经验的总结，可供参考。8.3.5 试验记录计算表恪见袁A5相去A608.4 动水压力8.4.1-8.4.4 动水压力是优化建筑物体型的重要测试手段。主测仪器是测压管，其精度主要取决于i则压孔的安装质量。试验方法是根据实践经验制订的

20、，可供参考。8.4.5 试验记录表恪见表A7。8.5 脉动压力8.5.18. S. 4 条文规定的试验方法是根据实践经验制汀的。测lli孔与传感器的问距不大f1 m，是根据专项实验闹得的，否则，会影响测量精度。8.6 局部;中刷8.6.18.6.5 1中刷模拟的关键是模型砂的选作。条文规定的选28 砂方法和铺砂要求，对床底冲刷来说，问题不大。但岸坡冲刷棋拟比较回难，尚茵通过进一步实践米检验。常用的模型砂材料见表8.6.L 表8.6.1常用模型砂材料表材料f手重材料容重聚苯乙烯1.031.05 也水1.40-1.50 有机玻璃1.19 无烟煤1. 40 1.70 褐煤1.10-1.40 煤灰2.

21、102.20 烟煤1. 201. 50 硅2.40 聚氯乙烯. 35-1. 38 天然砂2. 602. 70 8.6.6 试验操作关键是使模型开始放点和停;j(时，不致扰动原来砂面，以保证试验结果的可靠。8.6. 对峡谷高坝来说，岸坡冲刷非常重要。处理试验资料时，应充分考虑这a点。8. 渠道波浪8. .1 渠道波浪涉及闸坝下游大尺度紊动，也是衡量m能效果的指标之一。通过观测，可提供F游河道岸坡的保护范围及消浪措施。8. ,. 2-8. ,. 4 主测仪器是波高仪。试验方法是根据实践经验制定的。为避免偶然误差，规定每测次重复测量3次。9 资料整理与分析9.1 原始资料9.1.1-9.2 原始资料

22、足试验的第-p资料，且正确与任.rt: 接关系到成果质话，故!苟从严要求。29 9.1.3 重复试验数据的有效位数，除按修约规则外，还应根据精度和谐一致原则，进行取舍。9.1.4 资料归档应根据各单位制订的规章办法执行。9.2 成果表达方式9. 2. 19. 2. 2 图表是成果表达的通用方式，但要注意规范化，不得随心所欲，标新立异。9.2.3 当推导经验公式时，试验资料组数不得少于10对，相关系数不小于0.98。9.2.4 录像原始带应仿照剧本要求重新编辑，并配有解说词。9.3 成果整理分析9. 3. 1 9. 3. 8 这8条基本上概括了常规模型试验的主要内容，可用以解决正文1.O. 3条

23、的工程水力学问题。10 报告编写10. 1 报告格式10. 1. 1_ 10; 1. 4 根据现行标准科技报告的统一格式制订。10.2 报告正文10. 2. 1lo. 2. S 正文是报告的主体，在相当程度上，反映报告质量。故在技术和文字上，都应严格要求。10.3 报告审批10. 3. 110. 3. 3 通过寇的审批手续，体现集体把关精神，保证试验成果质量。30 附录A各项试验参数记录计算表表Al水面线记录褒试验试验者试验组次计算者 年月日校对者上i静水位(m)一上i附读数(cm)饮一上i附零点高程(m)他T游水位(m)下游测针读数(cm)饮一下游测针零点、高程(m)护原型流量(m/s)堪t

24、测l针ii数(cm)一一垠口测针读数(cm)一终一一模型比尺测尺基点高徨(m)测点编号测点距离零点高程测点模型高程测点水面高程备注(m) (m) (m) (m) 寝A2水位流量观测记录表试验试验者试验组次计算者开启闸门最水根测原币四j在战门号开度针i主数(m) (cm) (m/s) 上游水位I游i鼻!针i主数水位(cm) (m) 年月日校核者F游水位F游测针i主数水位备i主(cm) (m) 31 表A3罐施流量系数计算表试验试验者试验组次计算者堪流公式Q=mb22If15宽度b=口HTZ 年m 校核者b V2i= 流量上游下游行近流速上游i替nut流量水头水头水头能头Hb.; 系数流态Q(m3

25、/s) H(m) h,(m) v2/2g(m) H ,(m) hjH 111 一-一-1-电一一一一-一_L_表A4孔流流量系数计算表试验名称试验组次试验者计算者孔流公式Q=ab写EE宽度b=m 开启闸门i在最Qt游F游行近流速相对淹没度流量门号拜度水头水头水头开度系数流态a(m) (m3/s) H(m) h,(m) v12g(m) u/H hjH p 表AS毕托管流速记录表试验测杆编号年H日原型流量(m3j时试验者量水堪测针读数(cm)流速比尺计算者断面编号模型比尺校核者测线号32 表A6旋浆流速仪流速记录寝试验itl杆编号年月日尿到i伍最(m1川仪器编号试验者是水t握测针i主数(cm)K=

26、 流速比尺计算者c= 校核者水深测点采样仪器i主数11(子)PV, V p 测线号时间流向备i主(m) i主霞1 I 2 I 3 I 4 (c/) (cm/s) (m/叫t (1) (2) (3) (4 ) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (1 2) (13) 寝A7时均压力记录计算表试验试验者计算者试验组次校核者年月问闸门开启情形g模明(cm)原咆(m)闸孔号码上i于水位(m)l-.ff测针读敖(cm)i四l针零点高程(m)Fi游水位(m)原型ii量(m/s) 编号i压孔高程(m) Fi好IJ针读数(cm)量水t隧洞tl针i主数(cm)测1巨管i主教;则压管水头(cm) (m) - itl针零点高程(m)堪口i回IJ针读数(cm)压力水头(mHz()备注十(压)一(Ri)测压板零点高.程(m)=33 mm-mmF J cn 151)-: 15tl012-1 .23 毛价:JG 4.50