水力模型试验

[拼音]：shuili moxing shiyan

[外文]：hydraulic model test

在模型中重演（或预演）与原型相似的水流现象以观测分析研究水流运动规律的手段（见彩图）。又称水工模型试验，是实验水力学的主要内容。当原型水流由于各种原因不能直接进行量测，普遍的理论模式和简单概化的实验又不能反映复杂的水流情况时，就须制作专门的模型，进行试验。19世纪末叶开始了近代的有科学依据的模型试验，20世纪得到长足的发展和广泛的应用。

模型试验中，水流被缩小（或放大）了若干倍，而其几何形态、运动现象、主要动力特性，却仍应与原型相似。同一模型中不同物理量(如深度、流速、压强等)的缩小倍数（即比尺）并不相同，但它们之间必须保持一定的比例关系。这关系不能任意设定，而必须服从由基本物理方程或因次分析所导出的相似准则。例如，为保持重力相似，要弗劳德数 相等；黏滞力相似，要雷诺数Re＝vl/ν相等；浮力相似，要理查孙数相等。式中v、l、ν、ρ 和g分别为流速、特征长度、运动黏滞系数、密度和重力加速度。为服从弗劳德相似准则，Fr_m＝Fr_p，式中m、p各表示模型、原型，应使这就是不同物理量的比尺之间应保持的关系。如果想使模型达到严格相似，往往要求遵循数个相似准则，这是难以做到的，只能根据水流特性、研究目的和试验条件而选定最主要的准则，以保持主要方面的相似，并使次要方面的影响限制在可容许的范围之内。这些都是模型相似理论所探讨的内容。

在模型中观察水流现象、量测水力要素、并按相似律推算引伸，就可了解或预见原型水流的运动规律，据以修改河渠、管道、水工建筑物或水力机械的工程设计。试验模型有下列几种分类：

（1）按试验空间范围分为断面模型和整体模型；

（2）按几何形状分为正态模型和变态模型；

（3）按固体边界情况分为定床模型和动床模型；

（4）按水流单相或多相分为清水模型、浑水模型或掺气模型；

（5）按研究对象分为管、渠、 建筑物、 机械等以外，还有研究多孔介质中流动的渗流模型、研究波动的波浪模型、研究空化的真空模型等。

进行模型试验，需有专门的试验设施，如循环系统、试验水槽、水洞、生波器、减压箱等，还要配置各种量测仪表以及记录和数据处理设备。

现代的计算手段，可代替一部分简单的水流模型试验，但模型试验仍是不可缺少的研究手段，而且将日益发展进步，二者互相验证补充，互相结合提高。

参考书目

1. 左东启等编著：《模型试验的理论和方法》，水利电力出版社，北京，1984。
2. 水利水电科学研究院、南京水利科学研究院编：《水工模型试验》，水利电力出版社，北京，1985。

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