第七章 港航工程模型试验设备及模型制作技术

第一节 港航工程试验室

港航工程实验室的规模取决于要求该实验室承担的试验任务、研究对象。 实验场地： （ 1 ）试验厅；（ 2 ）露天试验场。

一、试 验 厅 分综合性试验厅或专用性试验厅 1 、试验厅的建筑面积 2 、试验厅的高度 3 、试验厅功能 4 、试验厅内供水（循环水）系统 5 、供电 6 、 采暖通风

第一节 港航工程实验室

二、露天试验场 露天试验场主要用于大型工程试验模型或试验厅内容纳不下的大型港、航工程试验等，设计有供、回水系统。

第一节 港航工程实验室

供、回水系统主要有两种： 清水和浑水系统

第二节 供、回水系统

包括蓄水池、水泵、平水塔、供水管、溢水槽、溢水管和回水沟道等（对水质要求高，不允许泥沙进入）。

第二节 供、回水系统 一、清水系统

要求：调节方便、流量稳定。管道并列布局，最好两项目不共用一根管道。

第二节 供、回水系统 一、清水系统

估算蓄水池的容积公式：

式中： V —— 蓄水池容积（ m3 ）； Qmax—— 最大使用流量（ m3/s ）； T —— 循环水返回蓄水池时间，一般取 5 ～ 15min 。

TQV max

第二节 供、回水系统 一、清水系统

2. 水泵 循环水系统中的一个重要组成部分——动力源。 由底阀、吸水管、水泵、闸阀、止回阀以及出水管组成。

第二节 供、回水系统 一、清水系统

供水系统中水泵需要的总功率可按下式计算： （ 7-2 ）

式中： P—— 功率（ kW ）； Q—— 流量（ m3/s ）； H—— 水泵扬程，即水塔水面与蓄水池最低水面之高差（ m ）； η—— 电机和水泵的综合效率，一般取为 0.7 左右。

QHP 81.9

第二节 供、回水系统 一、清水系统

3 . 平水塔 由平水仓、进水镇净仓、溢水槽等组成4. 溢水槽

第二节 供、回水系统 一、清水系统

两种形式： 全循环浑水系统——水流的含沙量在蓄水池配置，使其在进入模型时满足要求； 配沙浑水系统——模型的含沙量不是在蓄水池中配制，而是由一高含沙量水流配置，这种系统蓄水池中的水含沙量较小。

第二节 供、回水系统 二、浑水系统——挟沙水流试验

浑水系统由蓄水池、调节水池、水泵、供水管、冲沙管、量水设备、回水沟道、沉沙池等组成。

第二节 供、回水系统 二、浑水系统——挟沙水流试验

浑水系统的蓄水池通常为圆形，蓄水池中装有回水沟道的进口，一般回水沟道沿蓄水池切线进入，另外还设有水泵底阀，以及冲沙管。 在系统中，一般不设平水塔，故都采用低水头、大流量水泵。水泵的出水管上将分出 3 根支管： （ 1 ）连通回水搅拌池中，以使含沙量尽可能均匀； （ 2 ）连通调节水池，调节系统含沙量时使用； （ 3 ）通过量水仪表接至试验设备，作用是达到系统快速调节含沙量。

第二节 供、回水系统 二、浑水系统——挟沙水流试验

分为压缩空气式和尾门式两类。

第三节 港航工程试验专用设备 一、潮 汐 仪

1.压缩空气式用控制箱内压力变化即可达到模拟潮汐的目的。

第三节 港航工程试验专用设备 一、潮 汐 仪

由水泵从蓄水池中抽出的水体，水管、出水廊道进入模型水池，再经尾门返回蓄水池中，通过调整进出水量和尾门高度，即可达到模拟潮汐的目的。

2 、水泵尾门式

第三节 港航工程试验专用设备 一、潮 汐 仪

分气压式造波机、风浪造波机以及机械式造波机等。

第三节 港航工程试验专用设备 二、造波机

气压式造波机——产生的波浪周期有较大的局限性，目前已较少采用。 风浪造波机——在水槽上面设置风管或把水槽加盖使之形成风槽，利用鼓风机在水面吹风并使其产生波浪。产生的波高较小，要求水槽较长，且不易对形成的波况进行控制，目前也已较少使用。 机械式造波机——利用机械扰动水体并使其产生波浪，生波效率高，产生的波高大，波周期变化范围广，能对波要素和波谱等方面进行较精确的模拟，且调节方便。既能产生规则波也可产生不规则波，应用广泛。

第三节 港航工程试验专用设备 二、造波机

摇板式、推板式及冲击式造波机

第三节 港航工程试验专用设备 二、造波机

河工模型应使其尽量满足设计的要求——几何相似； 平面控制（三角网或导线）～高程控制（水准点） 1 、普通断面法 ; 2 、吊挂法 断面应尽量使其与河道的等高线垂直 断面间距视河道地形复杂程度而定，一般 0. 3m 左右，地形复杂时断面可以密一点。 每个断面应尽量与平面控制网的导线相交。

第四节 港航工程模型制作 一、河工模型制作

船闸水力学模型一般由闸首，闸室，输水系统组成。

第四节 港航工程模型制作 二、船闸模型制作

枢纽工程主要由泄洪建筑物、电站、通航建筑物等组成，除此之外，模型应包括一定长度的河道范围。 模型除满足几何相似外，主要应满足重力相似。这种建筑物运转时，水流常常处于紊流状态，而且大都位于阻力平方区，故要求模型表面的突起高度很小，即应将其做得非常光滑。在制作模型时，需要使用变形较小的材料，可采用红松、磨光的混凝土以及有机玻璃等材料制作，水力发电厂模型应能模拟水轮机的引用流量以及原型电厂的尾水流向。

第四节 港航工程模型制作 三、枢纽模型制作

枢纽模型所含的河道模型应满足重力和阻力相似准则其制作方法与河道模型制作方法相似。

第四节 港航工程模型制作 三、枢纽模型制作

思考题 1 、简述什么是空化和空蚀。 2 、阀门水力学试验主要研究什么问题？需要具

备那些条件？ 3 、海港模型主要研究哪五大类问题？ 4 、旋浆流速仪中计数法和周期法的原理和各自

的优缺点是什么？