带狭长上室调压室水面线的非恒定数值仿真计算
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带狭长上室调压室水面线的非恒定数值仿真计算
华富刚 胡 明
（河海大学水利水电工程学院）
【摘 要】本文以某抽水蓄能电站带狭长上室的溢流式尾水调压室为例，探讨数值模拟方法在调压室水面线非恒定数值仿真计算中的应用。
【关键词】调压室 水面线 数值模拟 VOF 方法
随着我国西部水电及大批抽水蓄能电站的开发建设，一些大容量、中高水头的引水式水电站中调压室的体型设计引起了人们的高度重视。由于工程地质及围岩稳定等多方面因素决定了这些大型调压室的体型多为狭长型，其中应用比较多的是带狭长上室的溢流式调压室。在这类调压室的设计过程中，人们非常注重研究过渡过程时调压室水面的横向流动，即调压室水面线的波动过程，这些参数将为调压室的高度以及发生溢流时溢流堰的高度的确定提供依据。
传统的研究方法大都通过模型试验或数值计算手段进行分析，但模型试验不仅耗费大量人力、物力和财力，而且常常受到模型尺寸、测量精度、人身安全等的限制；而数值计算方法对于复杂的流动现象目前还有些无能为力。随着计算机技术和计算流体动力学（CFD）的发展，将两者结合起来的数值模拟方法得到了广泛的应用，并相继出现了多种数值计算方法，如：有限差分法、有限元法、有限体积法等。数值模拟方法已经成为当今研究各种流动问题的一种非常重要的方法。国内有很多
学者利用数值模拟的方法对存在于水利工程中的带有自由液面的流动问题进行了研究[1-5]
。本文利用有限体积法对某抽水蓄能电站带狭长上室的溢流式调压室流场进行数值仿真计算，并且采用VOF 方法“追踪”过渡过程时调压室水面线的非恒定波动过程。 1 数学模型和计算方法 1.1 控制方程
由于过渡过程时调压室流场变得异常复杂，其数值计算也较为困难。考虑到计算机计算能力等因素，本文只研究二维情况。不可压缩流体湍流流动问题，其基本控制方程为：
0=??i
i
x u （1） i j i j
i
j
i j i j i S u u x u x x p u u x u t +???????
?′′?????
+
???=??+??ρμρρ)()( （2）
在数值计算过程中，用可行化ε?k 湍流模型模拟湍流流动。
该模型是对标准ε?k 模型的改进，在模拟强旋流、弯曲壁面流动或弯曲流线流动时有较高精度。其关于k 和ε的输运方程为[6]
：
ρεσμμρρ?+???
???????????????
+??=??+??k j k t j i i G x k x x ku t k )()( （3） νεερερεσμμρερεε+?+???
???????????????+??=??+??k C E C x x x u t j t j i i 2
21)()( （4） 其中：k G 是关于平均流速梯度的湍动产生项，j i
i j j i t k x u x u x u G ?????
???????+??=μ ；系数1C 、2C 、k σ和
εσ分别为： ()5,43.0max 1+=ηηC ；9.12=C ；0.1=k σ；2.1=εσ。 湍动粘度t μ形式为ε
ρμμ
2
k C t =，但μC 不是常数，而是随应变率和旋转率变化的。μC 的计
2
算式是：
ε
μk U A A C S *
01
+= （5） 其中：系数0.40=A ；φcos 6=
S A ，)6(cos 311W ?=φ，21)(ij ij ki jk ij E E E E E W =，???
?
??????+??=i j j i ij x u x u E 21；ij ij ij ij E E U ΩΩ+=~~*，k ijk ij ij ωε2~
?Ω=Ω，k ijk ij ij ωε?Ω=Ω。ij Ω是从角速度为k ω的参考系
中观察到的时均转动速率张量。 1.2 VOF 模型
VOF 方法[7]
是由Hirt 和Nichols 于20世纪80年代初提出的，是目前研究自由液面的理想方法。
该法对每一相流体引入体积分数函数q α，
通过求解每一控制单元内体积分数值来构造和追踪相间界面。设某一控制单元内第q 相流体的体积分数为q α（10≤≤q α），若1=q α，则说明该单元内全部为第q 相流体所占据；若0=q α，则该单元为无第q 相流体单元；当10< 11 =∑=n q q α （6） 如果w α表示水的体积分数，则气的体积分数a α表示为w a αα?=1。水气界面的跟踪通过求解下面的连续方程来完成： 0=??+??i w i w x u t αα （7） 自由水面的具体位置采用几何重构格式来确定，即采用分段线性近似的方法来表示自由水面 线，在每一个单元中，水气交界面是斜率不变的斜线段。 1.3 计算区域及网格划分 本文计算的调压室由连接管、大井、上室和溢流堰组成。连接管直径4.3m，高27.3m；大井直径10.0m，高60.0m；上室长65.0m；溢流堰为高程92.3m，堰顶厚度1.5m、高7.3m 的实用堰。在溢流堰右侧加上一块长60.0m，高20.0m 的长方形区域，表示实际工程中的通气洞，以显示当调压室发生溢流时的水面线变化情况。计算区域及网格划分如图 1 所示。 图1 计算区域及网格划分（尺寸单位：m） 图2 溢流堰局部网格放大图 网格划分采用非结构网格，网格单元为四边形单元，计算网格总数为11789。为了能使调压室内水面发生溢流时，溢流堰上的水面线更加逼真，故对溢流堰附近的网格进行了局部加密。图2是溢流堰局部网格放大图。 3 调压室底部进口边界为速度进口边界，且速度是非恒定的。所有的气体边界都设为压力边界条件，调压室上室顶部设置为压力进口边界，出口设为压力出口边界，其余都为固壁边界。初始时刻调压室内水深为86.7m，其余除了水的部分之外都充满空气，整个计算区域的初始速度都为0。 压力—速度的耦合采用适合瞬态流场计算的PISO 算法。离散格式采用一阶迎风格式，在时间域上采用全隐式方案。 2 计算结果及分析 本文以某抽水蓄能电站带狭长上室溢流式尾水调压室为例。为了便于说明问题，只研究发电工况下两台水轮机同时突增负荷的情况，两台水轮机型号相同。为了能够模拟调压室发生溢流时的水面线分布，计算时的上游水位435.0m，下游水位81.6m。 图 3～图10表示的是 100s 内计算得到的对应于不同时刻的调压室水面线的分布情况。 图3 0=t s 时的调压室水面线分布 图 4 10=t s 时的调压室水面线分布 图5 28=t s 时的调压室水面线分布 图6 40=t s 时的调压室水面线分布 图7 70=t s 时的调压室水面线分布 图8 80=t s 时的调压室水面线分布 图9 85=t s 时的调压室水面线分布 图10 100=t s 时的调压室水面线分布 从数值模拟计算的结果可以看出，当两台水轮机同时突增负荷时，调压室自由水面呈现先上升后下降的过程，这与工程实际情况相同。当时间30=t s 左右时，调压室水面发生溢流，调压室水 4 位继续升高；当时间40=t s 左右时，调压室涌浪到达最高点，随后水面开始下降，下降时水面线 经过与文献[8]中相同工况、相近控制水位下的试验数据（调压室水位变化过程等）比较，可以 看出在前80s 内CFD 计算值与试验值不管在数值上还是在变化规律上都吻合较好，当时间80>t s 时，两者的偏差增大，这应是在数值计算时所产生的累计误差造成的。即使在模型试验中，机组的特性也并不能够完全模拟，实测的调压室水位过程线与真实情况也有一定的误差。因此，利用数值模拟方法计算得到的结果是可行的、合理的。从数值模拟的水面线变化过程来看，能够比较真实地再现调压室水面线的波动过程。 3 结论 本文利用计算流体动力学数值模拟的方法，引入VOF 模型并采用非结构网格的可行化ε?k 湍流模型能够成功地模拟带狭长上室溢流式调压室内的流场。通过瞬态迭代求解，水气两相流的VOF 模型能够有效地模拟水流的自由表面，并比较真实的再现了调压室水面的波动过程。 自由水面的求解在实际工程中具有重要意义，只要过渡过程时调压室水面的分布情况已知，调压室以及溢流堰的高度就可以确定，因此可以为调压室结构的优化提供依据。数值模拟方法比物理模型试验更省时、省费用，但它是一种离散近似的计算方法，作为物理模型试验研究的补充，仍不失为一种很有发展前景的研究方法。 参考文献 [1] 韩标, 姚朝晖, 叶宏开, 王学芳. 快堆钠池自由表面波动的三维数值模拟[J]. 核动工程, 1997,18(3):211-216. 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[8] 河海大学, 江苏抽水蓄能发电有限公司. 江苏宜兴抽水蓄能电站输水系统水工模型试验研究[R]. 2003.3:104-105. 40 50 607080 90 100020406080100 水力学实验1-参考答案 水力学实验 参考答案 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？测压管水头指z?p，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当pB?0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 pB?0，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定?0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由 式?whw??0h0 ，从而求得?0。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 h?4?cos? d? 式中，?为表面张力系数；?为液体容量；d为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水， ??0.073Nm，??0.0098Nm3。水与玻璃的浸润角?很小，可以认为cos??1.0。于是有 h?29.d （h、d均以mm计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，?减小，毛细高度亦较净水小；当采用 有机下班玻璃作测压管时，浸润角?较大，其h较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水 平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5 第一部分引水建筑物 第一章水电站的布置形式及组成建筑物 一、填空题 1．水电站的基本布置形式有_______、__________、__________ 三种，其中坝式水电站分__________、__________、__________等形式。 2．有压引水式水电站由_________________、_________________、______________、______________、______________等组成；而无压引水式水电站由_____________、_____________、______________、______________、______________等组成。 3．抽水蓄能电站的作用是___________________________________，包括_________________和_________________两个过程。 4．按其调节性能水电站可分为____________和______________两类。 二、思考题 1．按照集中落差的方式不同，水电站的开发分为几种基本方式？各种水电站有何特点及适用条件？ 2．水电站有哪些组成建筑物？其主要作用是什么？ 3．抽水蓄能电站的作用和基本工作原理是什么？潮汐电站基本工作原理是什么 4．何为水电站的梯级开发？ 第二章水电站进水口及引水建筑物 一、判断题 1．无压引水进水口，一般应选在河流弯曲段的凸岸。( ) 2．有压进水口的底坎高程应高于死水位。( ) 3．通气孔一般应设在事故闸门的上游侧。( ) 4．进水口的检修闸门是用来检修引水道或水轮机组的。() 5．渠道的经济断面是指工程投资最小的断面。( ) 6．明渠中也会有水击现象产生。( ) 二、填空题 调压室水力试验 目录 一、实验目的............................................................................... . (2) 二、实验任务与要求............................................................................... . (2) 三、实验设备及模型数据............................................................................... .. (2) 四、实验成果............................................................................... . (3) 问题1：描述实验观察到的阻抗式和差动式调压室中的水力现象 (3) 问题2：根据阻抗式调压室模型数据用解析 法求出上水箱为高水位丢荷后调压室的最高水位，并与实验成果比较.......................................................................... (4) 问题3：比较差动式和阻抗式在同一实验情况时观察到的水力现象 (6) 问题4：在引用流量相同的情况下，比较不同引水管长度对阻抗式调压室水力现象的影响.......................................................................... . (8) 问题5：比较不同阻抗孔口面积对差动式调压室水力现象的影响 (9) 五、实验的收获与不足............................................................................... . (9) 一、设计课题 水电站有压引水系统水力计算。 二、设计资料及要求 1、设计资料见《课程设计指导书、任务书》； 2、设计要求： （1）、对整个引水系统进行水头损失计算； （2）、进行调压井水力计算球稳定断面； （3）、确定调压井波动振幅，包括最高涌波水位和最低涌波水位； （4）、进行机组调节保证计算，检验正常工作状况下税基压力、转速相对值。 三、调压井水力计算求稳定断面 <一>引水道的等效断面积：∑= i i f L L f ， 引水道有效断面积f 的求解表 栏号 引水道部位 过水断面f i （m 2 ） L i (m) L i/f i 所以引水道的等效断面积∑= i i f L L f =511.28/21.475=23.81 m 2 <二>引水道和压力管道的水头损失计算： 引水道的水头损失包括局部水头损失 h 局和沿程水头损失h 沿两部分 压力管道的水头损失包括局部水头损失h 局和沿程水头损失h 沿两部分 1, 2 2g 2h Q ?ξ局局= g ：重力加速度9.81m/s 2 Q ：通过水轮机的流量取102m 3/s ω ：断面面积 m 2 ξ：局部水头损失系数 局部水头损失h 局计算表 栏号 引水建筑物部位及运行 工况 断面面积 ω（m 2 ） 局部水头损失系数 局部水头损失 10-6Q 2（m ） 合计(m) (1) 进 水 口 拦污栅 61.28 0.12 0.017 0.307 (2) 进口喇叭段 29.76 0.10 0.060 (3) 闸门井 24.00 0.20 0.184 (4) 渐变段 23.88 0.05 0.046 (5) 隧 洞 进口平面转弯 23.76 0.07 0.066 0.204 (6) 末端锥管段 19.63 0.10 0.138 (7) 调 压 正常运行 19.63 0.10 0.138 2.202 (1) 拦污栅 61.28 4.1 0.067 (2) 喇叭口进水段 29.76 6.0 0.202 (3) 闸门井段 24.00 5.6 0.233 (4) 渐变段 2 3.88 10.0 0.419 (5) D=5.5m 23.76 469.6 19.764 (6) 锥形洞段 21.65 5.0 0.231 (7) 调压井前管段 19.63 10.98 0.559 调压室的水力计算 1. 调压室断面计算 当上游死水位，下游为最低水位，最小水位H min=188.9m，三台机满发，引水道糙率取最小值，压力管道糙率取最大值，通过水轮机的流量为57m3s?，则此时的引水隧洞水头损失的计算如表格1，压力钢管水头损失的计算如表格2。引水道应选可能的最小糙率0.012，压力管道应选择可能的最大糙率0.013。 表格1引水隧洞水头损失表 表格2压力钢管水头损失表 F T?> Lf 2αgH1 = Lf 2αg(H0??w0?3?wT ) =45.548m2 其中 H0——最小水头损失，H0=188.9m； ?w0——引水隧洞损失，?w0=17.802+0.296=18.098； ?wT 0——压力管道水头损失，?wT =3.110+2.805=5.915m； L——引水隧洞长度，12662m；g——重力加速度，g=9.81m/s2 f——引水隧洞面积，16.62m2。α——引水道阻力系数 v0=Q f = 57 16.619 =3.43m s? α=?w0 v02 = 18.098 3.4302 =1.5385 为了保证大波动的稳定，一般要求调压室断面大于托马斯断面，初步分析时可取（1.0~1.1）F T?，作为调压室的设计断面。这里选取D=7.8m，则系数k为： F k=47.784 k=F k/F T?=1.05 2. 最高涌波水位计算 按正常蓄水位时共用同一调压室的三台机组全部满载运行瞬时丢弃全部负荷（即流量由Q max=57减至流量Q=0）作为设计工况。引水隧洞的糙率取尽可能的最小值（能耗少，涌波高）。n=0.012 引水道损失由表格1和表格2得： ?w0=? w0程+? w0局 =17.802+0.296=18.098m v0为时段开始时管中流速v0=Q f =3.43m s?；f为引水隧洞断面面积。 F为调压井断面面积，145.267m2；引水隧洞长L=12662m，g=9.81m s2 ?得引水道—调压室系统的特性系数。 λ= Lfv02 2gF?w0 = 12662×16.62×3.432 2×9.81×47.784×18.098 =145.89 令X0=?w0 λ=0.124，X=z λ ，则要求最高涌波水位z max，只需要求出X max=z max λ 即可。X max的符号在静水位以上为负，以下为正。 ln（1+X max）?X max=?X0 运用牛顿切线法求解方程的根 令 φ(x)=ln（1+x）?x+X0牛顿迭代公式为： x k+1=x k?φ(x)φ′(x) 取迭代初值x0=?0.5，计算结果见下表 表格3迭代计算结果 由表格3可以看出精确到0.001，X max=z max λ =?0.419 |z max|=?λX max=61.128m 根据《水电站调压室设计规范》调压室最高涌波水位以上的安全超高不宜小于1m。所以调压室的顶高程： Z=1279+61.128+1.5=1341.63m 第二节调压室的工作原理和基本方程 一、调压室的工作原理 水电站在运行时负荷会经常发生变化。负荷变化时，机组就需要相应地改变引用流量，从而在引水系统中引起非恒定流现象。压力管道中的非恒定流现象（即水锤现象）在上一章中已经加以讨论。引用流量的变化，在“引水道-调压室”系统中亦将引起非恒定流现象，这正是本节要加以讨论的。 图13-5为一具有调压室的引水系统。当水电站以某一固定出力运行时，水轮机引用的流量亦保持 不变，因此通过整个引水系统的流量均为，调压室的稳定水位比上游水位低，为通过引水道时所造成的水头损失。 当电站丢弃全负荷时，水轮机的流量由变为零，压力管道中发生水锤现象，压力管道的水流经过一个短暂的时间后就停止流动。此时，引水道中的水流由于惯性作用仍继续，流向调压室，引起调压室水位升高，使引水道始末两端的水位差随之减小，因而其中的流速也逐渐减慢。当调压室的水位达到水库水位时，引水道始末两端的水位差等于零，但其中水流由于惯性作用仍继续流向调压室，使调压室水位继续升高直至引水道中的流速等于零为止，此时调压室水位达到最高点。因为这时调压室的水位高于水库水位，在引水道的始末又形成了新的水位差，所以水又向水库流去，即形成了相反方向的流动，调压室中水位开始下降。当调压室中水位达到库水位时，引水道始末两端的压力差又等于零，但这时流速不等于零，由于惯性作用，水位继续下降，直至引水道流速减到零为止，此时调压室水位降低到最低点。此后引水道中的水流又开始流向调压室，调压室水位又开始回升。这样，引水道和调压室中的水体往复波动。由于摩阻的存在，运动水体的能量被逐渐消耗，因此，波动逐渐衰减，最后全部能量被消耗掉，调压室水位稳定在水库水位。调压室水位波动过程见图13-5中右上方的一条水位变化过程线。 当水电站增加负荷时，水轮机引用流量加大，引水道中的水流由于惯性作用，尚不能立即满足负荷变化的需要，调压室需首先放出一部分水量，从而引起调压室水位下降，这样室库间形成新的水位差，使引水道的水流加速流向调压室。当调压室中水位达到最低点时，引水道的流量等于水轮机的流量，但因室库间水位差较大，隧洞流量继续增加，并超过水轮机的需要，因而调压室水位又开始回升，达最高点后又开始下降，这样就形成了调压室水位的上下波动，由于能量的消耗，波动逐渐衰减，最后稳定在一个新的水位，此水位与库水位之差为引水道通过水轮机引用流量的水头损失。水位变化过程见图13-5中右下方的一条水位变化过程线。 从以上的讨论可知，“引水道一调压室”系统非恒定流的特点是大量水体的往复运动，其周期较长，伴随着水体运动有不大的和较为缓慢的压力变化。这些特点与水锤不同。在一般情祝下，当调压室水位达到最高或最低点之前，水锤压力早已大大衰减甚至消失，两者的最大值不会同时出现，因此在初步估算时可将两者分开计算，取其大者。但在有些情况下，如调压室底部的压力变化较快（如阻抗式或差动式调压室）或水轮机的调节时间较长（如设有减压阀或折流板等），这时水锤压力虽小，但延续时间长，则需进行调压室波动和水锤的联合计算，或将两者的过程线分别求出，按时间叠加，求出各点的最大压力。 在增加负荷或丢弃部分负荷后，电站继续运行，调压室水位的变化影响发电水头的大小，调速器为了维持恒定的出力，随调压室水位的升高和降低，将相应地减小和增大水轮机流量，这进一步激发调压室水位的变化，因此调压室的水位波动，可能有两种情况：一种是逐步衰减的，波动的振幅随时间而减小；另一种是波动的振幅不衰减甚至随时间而增大，成为不稳定的波动，产生这种现象的调压室其工作是不稳定的，在设计调压室时应予避免。 因此，研究调压室水位波动的目的主要是： (1)求出调压室中可能出现的最高和最低涌波水位及其变化过程，从而决定调压室的高度和引水道的设计内水压力及布置高程。 第七节调压室水力计算条件的选择 调压室的基本尺寸是由水力计算来确定的，水力计算主要包括以下三方面的内容： (1）研究“引水道—调压室”系统波动的稳定性，确定所要求的调压室最小断面积。 (2）计算最高涌波水位，确定调压室顶部高程。 (3）计算最低涌波水位，确定调压室底部和压力水管进口的高程。 进行水力计算之前，需先确定水力计算的条件。调压室的水力计算条件，除去水力条件之外，还应考虑到配电及输电的条件。在各种情况中，应从安全出发，选择可能出现的最不利的情况作为计算的条件。现讨论如下。 1.波动的稳动性计算 调压室的临界断面，应按水电站在正常运行中可能出现的最小水头计算。上游的最低水位一般为死水位，但如电站有初期发电和战备发电的任务，这种特殊最低水位也应加以考虑。 引水系统的糙率是无法精确预侧的，只能根据一般的经验选择一个变化范围，根据不同的设计情况，选择偏于安全的数值。计算调压室的临界断面时，引水道应选用可能的最小糙率，压力管道应选用可能的最大糙率。 流速水头、水轮机的效率和电力系统等因素的影响，一般只有在充分论证的基础上才加以考虑。 2.最高涌波水位的计算 上游水库水位应取正常高水位，引水道的糙率应取可能的最小值，负荷的变化情况一般按丢弃全负荷设计。最高洪水位丢弃全负荷或部分负荷进行校核。如电站的机组和出线的回路数较多，而且母线分段，经过分析，电站没有丢弃全负荷的可能，也可不按丢弃全负荷计算。对于丢弃全负荷情况，可假定由最大流量减小至空转流量；为了安全，有人认为应按丢弃至零计算。 3.最低涌波水位的计算 上游水库水位应取可能的最低水位，引水道的糙率应取可能的最大糙率。 确定最不利的增荷情况比确定最不利的丢荷情况更加困难。增加负荷对调压室的工作比丢弃负荷更危险，如计算不正确，可能使引水道和压力管道进入空气，破坏建筑物和机组正常的运行。在技术设计阶段，增 《水电站》课程标准 课程代码：132011009 课程学时：64 课程学分：4 课程类型：理实一体 课程性质：专业岗位核心课程 1．课程概述 1.1 课程性质与定位 水电站是水利水电建筑工程、水利工程等水利类专业的一门专业岗位核心课程，涉及的课程和知识面广泛，对学生职业能力培养和职业素养养成起主要支撑和明显促进作用。通过本课程的学习，使学生获得有关水电站建筑物的基本理论、基本知识与基本技能，训练和培养学生综合的思维方法及分析问题和解决问题的能力，为今后从事水电站工程规划的设计打下基础。 《水电站》课程应在学完《建筑材料与测试技术》、《水利工程制图》、《土力学与工程地质》、《工程水文及水利计算》、《工程力学》、《水工钢筋混凝土结构》《水力学》等课程后学习；其后续课程为《水利工程施工技术》、《水利工程造价与招投标》、《水工建筑物设计与施工》、《水利工程管理》等。 1.2 课程设计思路 (1) 该课程是依据CDIO工程教育理念设置的。 总体设计思路是，打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为基于CDIO的教学模式，教学做一体化。依托行业，以典型的水利工程项目为对象，组织学生学习相关的知识、培养相应的职业能力。 (2) 增强职业岗位能力，理论教学与实践教学融合 每个模块中理论教学和实训教学（包括认识实训、现场教学、仿真模拟、综合实训、顶岗实践）紧密结合、交替进行、互补共进、形成一个完整体系。加强理论实践一体化建设。 理论教学注重建筑物的型式、功能、适用条件、结构和构造以及设计方法和程序；以专职教师授课为主；实践教学则边看、边学、边做，加深工程理念，锻炼工程岗位动手能力，培养职业基本素质。以兼职教师讲课和现场教学为主。 (3) 以典型工程为载体，组织课程教学环节 以学生实际工作岗位的能力要求，以典型工程设计、施工、监理等具体过程组织课堂教学。 教学过程中以典型实际工程为教学载体，工程实例贯穿于教学全过程中。实现从书本到现 水电站课程教学实验之(二) 调压室水力实验 前修课程：水力学、水工建筑物、水电站。 开课对象：水利水电工程专业学生。 一、实验目的 1.增强对调压室水力现象的感性认识，验证和巩固理论知识； 2.初步了解进行水电站水力模型试验的方法； 3.密切理论和实践的联系，培养运用所学理论知识分析实际问题的能力。 二、实验任务和要求 利用调压室实验台的阻抗式调压室和差动式调压室进行下列试验： 1.观察并记录上水箱在高水位(cm)时，流量由（L/s）突然减少至零（相当于水电站正常水位丢弃全部负荷）阻抗式和差动式调压室中水位波动过程及稳定所需要的时间。 2.观察并记录上水箱在低水位（cm）时，流量由零突然增至 （L/s）（相当于水电站死水位增加部分负荷情况）及丢弃全部负荷第二振幅涌浪水位，阻抗式和差动式调压室水位波动过程中全部水力现象，以确定其最低涌浪水位，水位稳定所需要的时间，观察调压室内水位波动衰减过程。 3.观察并记录不同管道长度以及不同阻抗孔口面积对调压室水位波动幅值的影响。 三、实验设备及模型数据 1.实验设备 调压室水力模型由上水箱、管道、调压室、阀门、电磁流量计、下水箱及循环水泵几部分组成（见附图）： 水由循环水泵从下水箱抽到上水箱后，通过管道流经调压室，然后由管道引 至电磁流量计（以测定通过管道的流量）最后流回下水箱，形成循环流动。在回水管道上设有手动快速阀及尾水闸阀，前者用以快速改变水管流量使调压室中水位产生波动，后者用以调节流量以满足实验要求。 在差动式调压室的大井井壁及升管上设有标尺，可直接读出水位波动的最高和最低值，以及引水管道至调压室的水头损失h w，波动稳定时间可用秒表测定。阻抗式调压室水位波动过程中的最高水位、最低水位以及上下两个水箱中的水位，都可以通过固定在相应位置的标尺，用目测方法人工记录。 差动式调压室和阻抗式调压室中的水位波动过程线和管道中的流量可由计算机数据采集系统完成，过程如下：LGY-3A型浪高仪将调压室水位的波动过程变成电压信号送到计算机数据采集系统，LDZ-4B型电磁流量计将输水管引用流量转换成电压信号送到计算机，计算机数据采集系统自动记录这些信号，并存储到硬盘中，供计算分析使用。 在完成试验前的所有准备工作后，进入试验程序。其步骤如下： a.开启计算机，双击桌面上“调压室水力实验”图标； b.进入“河海大学水电站非恒定流试验数据采集系统”界面； c.点击鼠标进入“传感器初始状态检测”界面； d.界面右下方依次显示“重现”、“退出”、“调零”、“确定”四个按钮，点击“确定”按钮； e.弹出“进入实时测量”和“传感器标定”界面，选择“进入实时测量”，点击“确定”按钮； f.在弹出的界面中选择本次试验所需要用到的传感器，并选择所有传感器的信号是否在同一坐标显示，点击“确定”按钮； g.在弹出的界面中输入“文件名”、“采样时间”和“最高水位”，点击“确定”按钮，在弹出的界面中显示“将覆盖上次同名数据文件”，点击“确定”按钮进入量测过程。建议采样时间选择30~90s，最高水位选择100cm。 2.模型数据 （1）引水管 阻抗式调压室引水管长度：短管L1=170cm，长管L2=370cm 差动式调压室引水管长度：短管L1=170c m，长管L2=370cm 在《供热工程》P97和P115有下面两段话：可以看出对于单元立管平均比摩阻的选择需要考虑重力循环自然附加压力的影响，试参照下面实例，分析对于供回水温60/50℃低温热水辐射供暖系统立管比摩阻的取值是多少？ 实例： 附件6.2关于地板辐射采暖水力计算的方法和步骤（天正暖通软件辅助完成） 6.2.1水力计算界面： 菜单位置：【计算】→【采暖水力】（cnsl）菜单点取【采暖水力】或命令行输入“cnsL”后，会执行本命令，系统会弹出如下所示的对话框。 功能：进行采暖水力计算，系统的树视图、数据表格和原理图在同一对话框中，编辑数据的同时可预览原理图，直观的实现了数据、图形的结合，计算结果可赋值到图上进行标注。 快捷工具条：可在工具菜单中调整需要显示的部分，根据计算习惯定制快捷工具条内容；树视图：计算系统的结构树；可通过【设置】菜单中的【系统形式】和【生成框架】进行设置； 原理图：与树视图对应的采暖原理图，根据树视图的变化，时时更新，计算完成后， 可通过【绘图】菜单中的【绘原理图】将其插入到dwg中，并可根据计算结果进行标注；数据表格：计算所需的必要参数及计算结果，计算完成后，可通过【计算书设置】选择内容输出计算书； 菜单：下面是菜单对应的下拉命令，同样可通过快捷工具条中的图标调用； [文件] 提供了工程保存、打开等命令； 新建：可以同时建立多个计算工程文档； 打开：打开之前保存的水力计算工程，后缀名称为.csl； 保存：可以将水力计算工程保存下来； [设置] 计算前，选择计算的方法等； [编辑] 提供了一些编辑树视图的功能； 对象处理：对于使用天正命令绘制出来的平面图、系统图或原理图，有时由于管线间的连接处理不到位，可能造成提图识别不正确，可以使用此命令先框选处理后，再进行提图； [计算] 数据信息建立完毕后，可以通过下面提供的命令进行计算； [绘图] 可以将计算同时建立的原理图，绘制到dwg图上，也可将计算的数据赋回到原图上； [工具] 设置快捷命令菜单； 6.2.2采暖水力计算的具体操作： 1.下面以某住宅楼为例进行计算：住宅楼施工图如下： 目录 一、实验目的 (2) 二、实验任务与要求 (2) 三、实验设备及模型数据 (2) 四、实验成果 (3) 问题1：描述实验观察到的阻抗式和差动式调压室中的水力现象 (3) 问题2：根据阻抗式调压室模型数据用解析法求出上水箱为高水位丢荷后调压室的最高水位，并与实验成果比较 (4) 问题3：比较差动式和阻抗式在同一实验情况时观察到的水力现象 (6) 问题4：在引用流量相同的情况下，比较不同引水管长度对阻抗式调压室水力现象的影响 (8) 问题5：比较不同阻抗孔口面积对差动式调压室水力现象的影响 (9) 五、实验的收获与不足 (9) 实验三 调压室水力实验 一、实验目的 1、增强对调压室水力现象的感性认识，验证和巩固理论知识。 2、初步了解进行水电站水力模型实验的方法。 3、密切理论和实践的联系，培养运用所学理论知识分析实际问题的能力。 二、实验任务与要求 利用调压室实验台阻抗式调压室和差动式调压室进行下列实验： 1、观察并记录上水箱的高水位149cm 时，流量由满负荷突然减少至零（相当于水电站正常水位丢弃全部负荷）阻抗式和差动式调压室中水位波动过程及稳定所需要的时间。 2、观察并记录上水箱的低水位145cm 时，流量由零突然增至满负荷（相当于水电站死水位增加部分负荷情况）及丢弃全部负荷第二振幅涌浪水位，阻抗式和差动式调压室中水位波动过程中全部水力现象，以确定其最低涌浪水位，水位稳定所需要的时间，观察调压室内水位波动衰减过程。 3、观察并记录不同管道长度以及不同阻抗孔面积对调压室水位波动幅值得影响。 三、实验设备及模型数据 1、实验设备 调压室水力模型由上水箱、管道、调压室、阀门、电磁流量计、下水箱及循环泵组成。 水由上水箱经水管引至调压室，并经调压室后由水管引至电磁流量计最后流入下水箱，由水泵抽水至上水箱形成循环。在回水管道上设有手动快速阀门及尾水闸阀，前者用以快速改变水管流量使调压室中水位产生波动，后者用以调节流量以满足实验要求。 在调压室的大室壁及升管上设有标尺，可直接读出水位波动的最高和最低值，以及引水管道至调压室的水头损失w h ，波动稳定时间可用秒表测定。 调压室水位波动过程中的最高水位、最低水位以及上下两个水箱中的水位，都可以通过固定在相应位置的标尺，用目测方法人工记录。调压室水位波动过程线和管道中的流量可由计算机数据采集系统完成，过程如下：LGY-3A 型浪高仪将调压室水位的波动过程变成电压信号送到计算机数据采集系统，LDZ-4B 型电磁流量计将输水管引用流量转换成电压信号送至计算机，计算机数据采集系统自动记录这些信号，并存储到硬盘中，供分析使用。 在完成实验前的所有准备工作后，进入试验程序。其步骤如下： a 、开启计算机，双击桌面上“实验台程序”图标； b 、进入“河海大学水电站非恒定流实验数据采集系统”界面； c 、点击鼠标进入“传感器初始状态检测”界面； d 、界面右下方依次显示“重现”、“退出”、“调零”、“确定”四个按钮，点击“确定”按钮； 室内热水供暖系统的水力计算 本章重点 ? 热水供热系统水力计算基本原理。 ? 重力循环热水供热系统水力计算基本原理。 ? 机械循环热水供热系统水力计算基本原理。 本章难点 ? 水力计算方法。 ? 最不利循环。 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件 ( 如阀门、弯头、三通、散热器等 ) 时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示： Δ P ＝Δ P y + Δ P i ＝R l + Δ P i Pa 〔 4 — 1 〕 式中Δ P ——计算管段的压力损失， Pa ； Δ P y ——计算管段的沿程损失， Pa ； Δ P i ——计算管段的局部损失， Pa ； R ——每米管长的沿程损失， Pa ／ m ； l ——管段长度， m 。 在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。 每米管长的沿程损失 ( 比摩阻 ) ，可用流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计算 Pa/m （ 4 — 2 ） 式中一一管段的摩擦阻力系数； d ——管子内径， m ； ——热媒在管道内的流速， m ／ s ； 一热媒的密度， kg ／ m 3 。 在热水供暖系统中推荐使用的一些计算摩擦阻力系数值的公式如下： ( — ) 层流流动 当 Re ＜ 2320 时，可按下式计算； 阻抗调压室水力损失特性数值模拟 郑亚军，王凯，雷兴春 河海大学水利水电工程，南京（210098） E-mail ：zhengyajun123@https://www.wendangku.net/doc/b510613961.html, 摘 要：本文采用不同的湍流模型、离散格式以及迭代算法对具有一洞一机尾水系统的抽水蓄能电站阻抗调压室的水力损失特性进行数值模拟。计算结果与相应的物理模型试验的对比、分析表明只要控制方程和离散求解方法选用恰当，以数值模拟方法作为研究调压室水力特性的补充验证手段，减少物理模型实验的复杂程度，缩短研究周期是可行的。 关键词：调压室，水头损失系数，数值模拟，物理模型实验 中图分类号：TV7 1．调压室阻抗损失系数的概念 调压室作为输水系统的重要组成部分，因其水流流态较为复杂，一直是学者们和设计部门关注和研究的重点。如果不能对其水力特性参数进行正确的判断，不仅会影响电站的工作效率，甚至会直接导致整个工程的失败。目前在各类已建成的水电站调压室中，阻抗式调压室是最常见的类型之一。[1]在其各项相关水力参数中，阻抗损失系数一直是人们最为关注的问题，它的大小不仅对调压室的涌浪幅值和衰减速度有影响[1]，而且在系统的稳定性分析以及水锤反射律分析中也扮演着重要的角色。过去调压室阻抗损失系数的确定通常根据有关规范和手册，结合计算者的经验取值。然而一般水力计算手册只给出最典型的单一的几何流道的局部水头损失系数，而调压室是由若干不同形状的几何流道组合或结合而成，由于各流道之间通常相距很近或直接结合，故它们的水力特性相互关联，其总的水力特性一般不能简单由单一流道的水力特性叠加得到。另外过渡过程中不同的流动状态有不同的阻抗损失，而查手册或凭经验往往只能对水流进入或流出调压室时分别取某个固定值。[2]随着实际工程中调压室体型结构的不断变化，近年来又出现了很多新的结构形式。调压室阻抗系数的精确计算对优化结构越来越显的重要。 2．水头损失的计算公式 记断面i 和断面j 之间的水头损失为ij H ?，由能量方程得 )2()2(2 2 g V p z g V p z H H H j i j j i i i i j i ij αγ αγ + + ?+ + =?=? (2－1) 式中：H ——控制断面总水头；V ——控制断面的流速。 由于控制断面均选在靠近尾水调压室的过流断面流速分布比较均匀之处，故可以近似的认为动能修正系数1==j i αα，上式又可以表示为 g V g V p z g V p z H H H ij j j j i i i j i ij 2)2()2(2 22ζγ γ=++?++ =?=? (2－2) 因此控制断面j i ,的水头损失系数可表示为 g V H H j i ij 2/)(2 ?= ζ (2－3) 断面流速V 可以根据流量和断面面积求得，而断面总水头H 根据试验测得[3]。 水电站 复习思考题 (水工专业用) 2014年1月10日 一、水力机械部分 1．各类水轮机的适用水头范围，它们的工作特性。 2．水轮机的型号表示方法。 3．蜗壳水力计算有哪些假定原则，各种计算方法的精度如何？ 4．水轮机有哪些参数，对设计选型、运行起什么作用？ 5．汽蚀是如何形成的，危害性如何？有哪些防止措施？ 6．最优工况是什么，发生最优工况的条件？ 7．为什么说吸出高度是水轮机的安装高程的控制条件？ 8．各类水轮机的安装高程如何确定？特别是要注意到哪些因素？ 9．水轮机模型特性曲线图上包括哪些曲线？ 二、水电站建筑物部分 水电站类型及组成建筑物 1．水电站有哪些基本类型？各类水电站的组成建筑物有哪些？这些建筑物的主要功能是什么？ 进出水口 2．进水建筑物的作用、基本要求、各类进水口的布置特点及适用条件。 3．如何确定深式进水口的位置、高程、主要设备及轮廓尺寸？ 渠道与隧洞 4．渠道的作用、要求是什么？有几种基本类型？如何确定断面尺寸？ 5．自动调节与非自动调节渠道有何差异？ 6．隧洞的功能是什么？其水力计算包括哪些内容？如何计算其断面尺寸？7．压力前池的作用是什么？其主要建筑物有哪些？ 8．日调节池适用于哪类水电站？设计时要注意哪些因素？ 压力管道 9．露天钢管有哪些布置形式？ 10．电站的供水方式有哪几种？ 11．压力钢管的直径如何决定？ 12．露天钢管如何敷设？路线如何选用？ 13．露天钢管上有哪些管件(附件)？各起什么作用？ 14．镇墩、支墩各有哪些类型？其构造和作用如何？ 15．压力钢管设计包括哪些内容？需进行哪些计算？ 水锤 16．什么是水锤，产生的原因有哪些？ 17．什么是调节保证计算？机组转速变化计算的原理和方法如何？18．水击计算条件如何确定？减小水击措施有哪些？ 调压室 19．调压室的作用？依据什么条件设置调压室？ 20．简单圆筒式和阻抗式调压室的特点如何？ 21．双室式、溢流式、差动式调压室各有什么特点？ 西 第一部分引水建筑物 第一章水电站的布置形式及组成建筑物 一、填空题 1．水电站的基本布置形式有_______、__________、__________ 三种，其中坝式水电站分__________、__________、__________等形式。 2．有压引水式水电站由_________________、_________________、______________、______________、______________等组成；而无压引水式水电站由_____________、_____________、______________、______________、______________等组成。 3．抽水蓄能电站的作用是___________________________________，包括_________________和_________________两个过程。 4．按其调节性能水电站可分为____________和______________两类。 二、思考题 1．按照集中落差的方式不同，水电站的开发分为几种基本方式？各种水电站有何特点及适用条件？ 2．水电站有哪些组成建筑物？其主要作用是什么？ 3．抽水蓄能电站的作用和基本工作原理是什么？潮汐电站基本工作原理是什么 4．何为水电站的梯级开发？ 第二章水电站进水口及引水建筑物 一、判断题 1．无压引水进水口，一般应选在河流弯曲段的凸岸。( ) 2．有压进水口的底坎高程应高于死水位。( ) 3．通气孔一般应设在事故闸门的上游侧。( ) 4．进水口的检修闸门是用来检修引水道或水轮机组的。( ) 5．渠道的经济断面是指工程投资最小的断面。( ) 6．明渠中也会有水击现象产生。( ) 二、填空题 1．水电站的有压进水口类型有______________、______________、____________、____________等几种。 2．水电站有压进水口主要设备有______________、______________、______________和______________。 3．进水口的事故闸门要求在________中关闭，________中开启；检修闸门在________中关闭，________中开启。 4．水电站的引水渠道称为___________渠道，分_______________渠道和_______________渠道两种。 5．压力前池由____________、_________________、___________、__________________、______________________组成。 三、思考题 长引水系统水室式调压室初步设计 发表时间：2019-03-22T16:54:59.130Z 来源：《防护工程》2018年第34期作者：周宏民 [导读] 某水电站位于巴基斯坦西北边境省开伯尔普什图省境内采用引水式开发，为高水头、长距离引水发电工程 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222 摘要：某水电站位于巴基斯坦西北边境省开伯尔普什图省境内采用引水式开发，为高水头、长距离引水发电工程。本电站具有引水洞线长、调压室竖井高、压力管道压力大等特点。调压室对本电站的正常运行起着关键作用，通过对调压室水力特征和结构进行设计，为改善机组运行条件和工程安全提供保障。 关键词：调压室；水室式；冲击式水轮发电机；长引水隧洞 1工程概况 某水电站位于巴基斯坦西北边境，是一座高水头、长隧洞引水式水电站工程。电站安装4台单机容量为221MW的冲击式水轮发电机组，总装机容量884MW。水库正常蓄水位为2233m，最低运行水位为2223m。引水系统由电站进水口、引水隧洞、调压室及压力管道等建筑物组成。 引水隧洞长22.6km，洞径为6m。调压室布置于引水隧洞末端，顶高程2300.00m，底高程2056m。上室为圆形断面，断面直径为22m，高24.5m。下室采用城门洞断面，为两条长度各为100m的隧洞，底板为倾向竖井的1.0%的坡，顶部为倾向竖井的1.5%的坡。调压室后引水隧洞经Y型岔管分为两条引水隧洞，后接压力管道。压力管道由四个压力平洞段、三条压力竖井段构成，采用钢板衬砌。 2地质条件 调压室地表为第四系堆积物为坡崩积物（Q4dl+col），以碎石土为主，覆盖层厚度较薄。岩性主要为石英云母片岩等。推测岩体的风化状态以弱风化为主，调压室下部可能为微风化~新鲜，推测调压室岩体围岩类别主要为Q2a和Q3。 3调压室水力计算 下面根据《水利水电工程调压室设计规范》及《水工设计手册》对调压室进行水力学计算。 3.1调压室设置条件 是否设置调压室按下式作初步判别： 式中：；增加负荷前的流量；增加负荷后的流量。 机组开启可人为控制，因而最低涌波按以下工况计算（1）最低发电水位2223.00m时，本计算初定按上游死水位，共用上游调压室的4台机组由3台增加至4台，满负荷发电；（2）最低发电水位2223.00m时，本计算初定按上游死水位，共用上游调压室的4台机组由2台增加至4台，满负荷发电。 计算中，最低涌浪定为2102.00m高程。经计算比较现有的下室容积大于计算容积，满足要求 4结构设计 调压室竖井的围岩主要为石英云母片岩，岩体的风化状态以弱风化为主，调压室下部可能为微风化~新鲜，推测调压室岩体围岩类别 1．各类水轮机的适用水头范围，它们的工作特性。 2．各头水轮机的构造(四大部件)型式及作用。 3．当水头H，流量Q不同时，为什么反击式水轮机转轮的外型不相同？ 4．蜗壳水力计算有哪些假定原则，各种计算方法的精度如何？ 5．水轮机有哪些参数，对设计选型、运行起什么作用？ 6．汽蚀是如何形成的，危害性如何？有哪些防止措施？ 7．水轮机基本方程说明了什么？如何提高转轮的效率？ 8．为什么说吸出高度是水轮机的安装高程的控制条件？Hs太高或太低又有什么影响？9．各类水轮机的安装高程如何确定？特别是要注意到哪些因素？ 10．相似理论的意义，相似公式的应用，ns的意义与应用。 11．原、模型水轮机之间的效率修正关系，修正值是在什么前提下得出来的？ 12．工作特性曲线在水电站运行中的作用？ 13．主要综合特性曲线如何绘制？如何运用它选择原型水轮机的主要参数？在曲线上任一点如何表明原模型之间的关系？ 14．选择水轮机时应考虑哪些因素？选择的内容有哪些？选择的程序如何？ 15．不同设计阶段对水轮机选择的方法有几种？比较其优缺点。 16．选用水轮机选择方案比较的方法，应考虑哪些因素？ 17．掌握水轮机的运转特性曲线的绘制与应用。 18．调速器的任务，了解调速器的工作原理。 19．了解调速器的类型以及系列型号。 20.水电站有哪些基本类型？各类水电站的组成建筑物有哪些？这些建筑物的主要功能是什么？ 21.进水建筑物的作用、基本要求、各类进水口的布置特点及适用条件。 22.如何确定深式进水口的位置、高程、主要设备及轮廓尺寸？ 23.什么条件下需设置沉砂池？ 24.渠道的作用、要求是什么？有几种基本类型？如何确定断面尺寸？ 25.自动调节与非自动调节渠道有何差异？ 26.渠道的水力情况与其过水能力是何关系？ 27.压力前池的作用是什么？其主要建筑物有哪些？ 28.日调节池适用于哪类水电站？设计时要注意哪些因素？ 29．隧洞的功能是什么？其水力计算包括哪些内容？如何计算其断面尺寸？ 30．露天钢管有哪些布置形式？比较它们的优点及适用条件。 31．压力钢管的直径如何决定？ 32．钢管的材料、容许应力和管身构造。 33．露天钢管如何敷设？路线如何选用？ 34．露天钢管上有哪些管件(附件)？各起什么作用？ 35．露天钢管可能承受哪些作用力？各力由什么结构来承受？ 36．镇墩、支墩各有哪些类型？其构造和作用如何？ 水力学实验 实验一流线演示实验 一、演示目的 1、通过演示进一步了解流线的基本特征。 2、观察液体流经不同固体边界时的流动现象。 二、演示原理 流场中液体质点的运动状态，可以用迹线或流线来描述，迹线是一个液体质点在流动空间所走过的轨迹。流线是流场内反映瞬时流速方向的曲线，在同一时刻，处在流线上所有各点的液体质点的流速方向与该点的切线方向相重合，在恒定流中，流线和迹线互相重合。在流线仪中，用显示液（自来水、红墨水），通过狭缝式流道组成流场，来显示液体质点的运动状态。整个流场内的“流线谱”可形象地描绘液流的流动趋势，当这些有色线经过各种形状的固体边界时，可以清晰地反映出流线的特征及性质。 三、演示设备 演示设备如图所示，它们分别显示二种特定边界条件下的流动图象。 （a）可显示机翼绕流流场中流体的流动形态。 （b）可显示实用堰溢流的流动形态。 演示仪均由有机片制成狭缝式流道，其间夹有不同形状的固体边界。在演示仪的左上方有两个盛水盒，一个装自来水，一个装红色水，两盒的内壁各自交错开有等间距的小孔通往狭缝流道，流道尾部装有调节阀。 流线仪简图 1、盛水盒 2、机翼 3、弯道 4、机翼角度调节开关 5、狭缝流道 6、泄水调节阀 7、实用堰 四、演示方法 1、首先打开演示仪的排气夹和尾部的调节夹进行排气，待气排净后拧紧调节夹，并将上方的两个盛水盒装满自来水； 图１－1 2、将装有自来水的两个盛水盒其中的任一个滴少许红墨水搅拌均匀； 3、调节尾部控制夹，可使显示液达到最佳的显示效果； 4、待整个流场的有色线（即流线）显示后，观察分析其流动情况及特征； 5、演示结束后，倒掉演示液，并将仪器冲洗干净待用。 五、思考题 1、 流线的形状与边界有否关系？ 2、 流线的曲、直和疏、密各反映了什么？ 实验二 静水压强量测实验 一、目的要求 1、量测静水中任一点的压强； 2、测定另一种液体的密度； 3、要求掌握U 形管和连通管的测压原理以及运用等压面概念分析问题的能力。 二、实验设备 1与2测压管注入油，3与4注入水，二者的液体不能混 三、实验步骤及原理 1、打开通气孔，使密封水箱与大气相通，则密封箱中表面压强p 0等于大气压强p a 。那么开口筒水面、密封箱水面及连通管水面均应齐平。 2、关闭通气孔，将开口筒向上提升到一定高度。水由开口筒流向密封箱，并影响其它测压管。因此，密封箱中空气的体积减小而压强增大。待稳定后，水力学实验-参考答案
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第二节 调压室的工作原理和基本方程
第七节调压室水力计算条件的选择
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