流体实验报告 水跃试验

一、实验目的:

1．观察水跃现象的特征和三种类型的水跃。

2．检验平坡矩形明槽自由水跃共轭水深理论关系的合理性，并将实测值与理论计算值进行比较。测定跃长，检验跃长经验公式的可靠性。

3．了解水跃的消能效果。

4．比较不同Fr五种型态水跃①的流动特征。

二、实验设备

实验槽如下图所示，其供排水系统与图11.1同。 图12—1水跃实验槽示意图 1.稳水孔板；2.闸板；3.测针；4.多孔尾门；5.高程标志快； 堰、闸出流均可产生水跃。若以堰流作水跃实验（图12.2）时，虽能进行一般水跃实验，包括共轭水深关系、跃长、消能率的实验，但由于堰上水位1完全取决于实验流量Q，Fr1 图12—2 可调范围较窄。

不足以进行五种型态水跃的流动特征实验。故通常采用闸下出流作水跃实验。闸下出流除可调节尾门改变下游水位5，还可通过调节闸板2的开度，改变堰顶水位1，不仅可得到临界、远驱、淹没三种类型的水跃，并能较大幅度地改变Fr1，从而演示上述五种型态水跃的流动特征。

本实验流量由三角堰量水槽（图11.1）中（5）测量，水位由测针3测量。

① 五种型态水跃：1．波状水跃（Fr11.0~1.7）；2．弱水跃（Fr11.7~2.5）；3．摆动水跃（Fr12.5~4.5）；4．稳定水跃（Fr14.5~9.0）；5．强水跃（Fr19.0）（详见图12.3）

三、实验原理

通过实验可测定完整水跃共轭水深h、h、跃长LB、消能率，并可验证平坡矩形槽中自由水跃计算的下列理论公式：

hq2h(181)

2gh3LB6.1h

(hh)3Hj

4hhHj/H1

式中，Hj水跃的能量损失；H1跃前断面总能头，H1h12/2g。

为测定消能率，可选平坡渠底为基准，然后由槽宽b和实测的h、

h值确定水跃前后断面的总能头E1和E2，再由下列各式换算得实测消能率：

E/E1 Q2)/2g bhQ2E2h()/2g

bhE1h(EE1E2

该装置还可演示远驱、临界和淹没三种水跃以及按五种型态水跃（图12.3）。

Fr不同而区分的

图12—3

保持流量约1000~2000cm3/s不变，调节闸板开度，使闸下跃前的

Fr1由1→10逐渐变化，可观察到如图12.3所示的五种型态水跃。其中

Fr11/gh

各种水跃特征如下：

波状水跃：水面有突然波状升高，无表面旋滚，消能率低，波动距离元。

弱水跃：水跃高度较小，跃区紊动不强烈，跃后水面较为平稳，其消能率低于20%。

摆动水跃：流态不稳定，水跃振荡，跃后水面波动较大，且向下游传播较远。

稳定水跃：水跃稳定，跃后水面较平稳，消能率可达46~70%，是底流消能较理想的流态。

强水跃：流态汹涌，表面旋滚强烈，下游波动较剧，影响较远，消能率可达70%以上，但消能工的造价高。一般当Fr113时，因底流消能工更昂贵，宜改用挑流或其他形式消能。

四、实验方法与步骤

1．测记有关固定常数。

2．打开进水阀门，并适当开启闸板，待上游水位稳定后，再调节尾门，分别使闸下发生三种类型水跃，即远驱式、临界式和淹没式水跃；仔细观察水跃现象，并分别绘出其示意图。

3．调控进水阀门开度，使下游产生完全水跃，分别测记三角堰测针读数、共轭水深和跃长（测量共轭水深需用断面三点平均）。

4．调节流量Q800~1000cm3/s左右，闸板开度e0.5~1cm，同

时调控阀门，使闸上水位在测针可读范围内最高，测记Fr1，观察Fr19时的强水跃特征。

5．适当调小e，使4.5Fr19，调节尾门使之形成稳定水跃。然后增大流量（至4000cm3/s左右），调节开度e与尾门高度，依次形成摆动水跃、弱水跃、波状水跃。并观察其消能效果和流动特征.