調(diào)壓室水力試驗(yàn)

目錄、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求 2\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及模型數(shù)據(jù) 2\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)成果 3問題1：描述實(shí)驗(yàn)觀察到的阻抗式和差動(dòng)式調(diào)壓室中的水力現(xiàn)象 3問題2：根據(jù)阻抗式調(diào)壓室模型數(shù)據(jù)用解析法求出上水箱為高水位丟荷后調(diào)壓室的最高水位，并與實(shí)驗(yàn)成果比較 4問題3：比較差動(dòng)式和阻抗式在同一實(shí)驗(yàn)情況時(shí)觀察到的水力現(xiàn)象 6問題4：在引用流量相同的情況下，比較不同引水管長度對(duì)阻抗式調(diào)壓室水力現(xiàn)象的影響 8問題5：比較不同阻抗孔口面積對(duì)差動(dòng)式調(diào)壓室水力現(xiàn)象的影響 9五、實(shí)驗(yàn)的收獲與不足 實(shí)驗(yàn)三調(diào)壓室水力實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、增強(qiáng)對(duì)調(diào)壓室水力現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)，驗(yàn)證和鞏固理論知識(shí)。2、初步了解進(jìn)行水電站水力模型實(shí)驗(yàn)的方法。3、密切理論和實(shí)踐的聯(lián)系，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)分析實(shí)際問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求利用調(diào)壓室實(shí)驗(yàn)臺(tái)阻抗式調(diào)壓室和差動(dòng)式調(diào)壓室進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：1、 觀察并記錄上水箱的高水位149cm時(shí)，流量由滿負(fù)荷突然減少至零（相當(dāng)于水電站正常水位丟棄全部負(fù)荷）阻抗式和差動(dòng)式調(diào)壓室中水位波動(dòng)過程及穩(wěn)定所需要的時(shí)間。2、 觀察并記錄上水箱的低水位145cm時(shí)，流量由零突然增至滿負(fù)荷（相當(dāng)于水電站死水位增加部分負(fù)荷情況）及丟棄全部負(fù)荷第二振幅涌浪水位，阻抗式和差動(dòng)式調(diào)壓室中水位波動(dòng)過程中全部水力現(xiàn)象，以確定其最低涌浪水位，水位穩(wěn)定所需要的時(shí)間，觀察調(diào)壓室內(nèi)水位波動(dòng)衰減過程。3、 觀察并記錄不同管道長度以及不同阻抗孔面積對(duì)調(diào)壓室水位波動(dòng)幅值得影響。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及模型數(shù)據(jù)1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)壓室水力模型由上水箱、管道、調(diào)壓室、閥門、電磁流量計(jì)、下水箱及循環(huán)泵組成。水由上水箱經(jīng)水管引至調(diào)壓室，并經(jīng)調(diào)壓室后由水管引至電磁流量計(jì)最后流入下水箱，由水泵抽水至上水箱形成循環(huán)。在回水管道上設(shè)有手動(dòng)快速閥門及尾水閘閥，前者用以快速改變水管流量使調(diào)壓室中水位產(chǎn)生波動(dòng)，后者用以調(diào)節(jié)流量以滿足實(shí)驗(yàn)要求。在調(diào)壓室的大室壁及升管上設(shè)有標(biāo)尺，可直接讀出水位波動(dòng)的最高和最低值，以及引水管道至調(diào)壓室的水頭損失h，波動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間可用秒表測(cè)定。w，調(diào)壓室水位波動(dòng)過程中的最高水位、最低水位以及上下兩個(gè)水箱中的水位，都可以通過固定在相應(yīng)位置的標(biāo)尺，用目測(cè)方法人工記錄。調(diào)壓室水位波動(dòng)過程線和管道中的流量可由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成，過程如下：LGY-3A型浪高儀將調(diào)壓室水位的波動(dòng)過程變成電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，LDZ-4B型電磁流量計(jì)將輸水管引用流量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄這些信號(hào)，并存儲(chǔ)到硬盤中，供分析使用。在完成實(shí)驗(yàn)前的所有準(zhǔn)備工作后，進(jìn)入試驗(yàn)程序。其步驟如下：A、開啟計(jì)算機(jī)，雙擊桌面上“實(shí)驗(yàn)臺(tái)程序”圖標(biāo)；b、 進(jìn)入“河海大學(xué)水電站非恒定流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”界面；c、 點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)入“傳感器初始狀態(tài)檢測(cè)”界面；d、 界面右下方依次顯示“重現(xiàn)”、“退出”、“調(diào)零”、“確定”四個(gè)按鈕，點(diǎn)擊“確定”按鈕；e、 彈出“進(jìn)入實(shí)時(shí)測(cè)量”和“傳感器標(biāo)定”界面，選擇“進(jìn)入實(shí)時(shí)測(cè)量”點(diǎn)擊“確定”按鈕；f、 在彈出的界面中選擇本次試驗(yàn)所需用到的傳感器，并選擇所有傳感器是否在同一坐標(biāo)顯示，點(diǎn)擊“確定”按鈕；g、 在彈出的界面中粗魯“文件名”“采樣時(shí)間”和“最大水頭”點(diǎn)擊確定，在彈出的界面中顯示“將覆蓋上次同名數(shù)據(jù)文件”點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入測(cè)量過程。2、數(shù)據(jù)模型（1） 引水管阻抗式調(diào)壓室引水管長度：短管Ll=170cm，長管L2=370cm；差動(dòng)式調(diào)壓室引水管長度：短管L1=170cm，長管L2=370cm；引水管內(nèi)徑d=5cm（2） 調(diào)壓室阻抗式調(diào)壓室內(nèi)勁D1=10cm差動(dòng)式調(diào)壓室大室內(nèi)徑D1=10cm；差動(dòng)式調(diào)壓室升管內(nèi)徑d=5cm差動(dòng)式調(diào)壓室升管高度Z=58.5cm（3） 調(diào)壓室水力模型數(shù)據(jù)水位：（高水位）上水箱水位 149cm，下水箱水位0cm（低水位）上水箱水位 145cm，下水箱水位0cm流量：水泵額定流量5m3/h，每次試驗(yàn)根據(jù)電磁流量計(jì)讀數(shù)求出通過引水道流量。四、實(shí)驗(yàn)成果問題1：描述實(shí)驗(yàn)觀察到的阻抗式和差動(dòng)式調(diào)壓室中的水力現(xiàn)象。阻抗式調(diào)壓室：1、 當(dāng)流量突然減少為0時(shí)，調(diào)壓室水位迅速上升,到最高點(diǎn)后開始下降，下降到最低點(diǎn)后調(diào)壓室水位又上升，上升到次高點(diǎn)后再下降，反復(fù)循環(huán)，調(diào)壓室水位上下進(jìn)行波動(dòng)，但振幅隨時(shí)間而減小，最后調(diào)壓室水位穩(wěn)定上水箱水位附近處。2、 當(dāng)流量突然由0增大至最大時(shí)，調(diào)壓室水位迅速下降到最低點(diǎn)，而后以很小的振幅上下波動(dòng)，直至趨于穩(wěn)定。差動(dòng)式調(diào)壓室：1、 當(dāng)流量突然減少為0時(shí)，開始升管水位迅速上升，大室水位也較快上升，但落后于升管水位，升管和大室間形成水位差，升管水位超過溢流頂時(shí)，水體溢入大室，大室水位迅速上升，最后與升管水位齊平，而后兩者水位一同上升至最高點(diǎn)，接著水位開始下降，到最低點(diǎn)水位后又上升，調(diào)壓室水位上下進(jìn)行波動(dòng)，但振幅隨時(shí)間而減小，最后調(diào)壓室水位穩(wěn)定在在上水箱水位附近處。2、 當(dāng)流量突然由0增大至最大時(shí)，升管水位與大室水位均迅速降低，但升管水位下降速度較大室快，最后兩者水位齊平下降到最低點(diǎn)，此后水位又回升、下降，以很小的振幅上下波動(dòng)，直至趨于穩(wěn)定。水電站實(shí)驗(yàn)——調(diào)壓室水力試驗(yàn)問題2：根據(jù)阻抗式調(diào)壓室模型數(shù)據(jù)用解析法求出上水箱為高水位丟荷后調(diào)壓室的最高水位，并與實(shí)驗(yàn)成果比較。1、阻抗式短管高水位甩荷計(jì)算：①計(jì)算過程：上庫水調(diào)壓室初流量電磁流量引水道水頭損失阻抗孔調(diào)壓室引水道位始水位計(jì)讀數(shù)管長hw0直徑直徑直徑149cm131.501cm5m3/h79.038%170cm17.499cm5cm10cm5cm引水道流量Q=5*0.79038=3.9519m3/h；引水道面積A=3.14159*5*5/4=19.635cm2；0引水道流速V=Q/A=3.9519/（3600*19.635）*10000=0.5591m/s；f=f；0b由《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)7――水電站建筑物》可以查出：阻抗系數(shù)E=1.7；h=gX=1.7x0.55912=0.02709m；n=hh=2.709/17.499=0.1548；TOC\o"1-5"\h\zc0 2g 2x9.81 c0，w0\o"CurrentDocument"&=LfV2：gFh2=1.7x1.9635x10-3x0.55912/（9.81x7.8540x10-3x0.174992）=0.44230 w0X=2；=4.522；S=sh/2=0.0387；X=ZS0 ￡ 0 w0 '0由公式：in[1+（1+n）x]-（1+n）x=in[1-（1+n）nx]-（1+n）x試算得：m m 0 0x =-0.8656，故Z =x-S=-0.8656x0.0387x102=-3.350cmmaxmaxmax0計(jì)算得阻抗式短管高水位甩荷時(shí)調(diào)壓室最高水位=149+3.350=152.350cm②分析與結(jié)論實(shí)驗(yàn)測(cè)得的最高水位=154.454cm相對(duì)誤差=152.350相對(duì)誤差=152.350—154.454152.350x100%=1.381%結(jié)論：實(shí)驗(yàn)算出來的調(diào)壓室最高水位與理論計(jì)算出來的比較接近，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理。2、阻抗式長管高水位甩荷計(jì)算①計(jì)算過程：上庫水調(diào)壓室初始流量電磁流量引水道水頭損失阻抗孔調(diào)壓室引水道位水位計(jì)讀數(shù)管長hw0直徑直徑直徑149cm128.501cm5m3/h76.019%370cm20.499cm5cm10cm5cm引水道流量Q0=5*O.76O19=3.8OO95m3/h；引水道面積A=3.14159*5*5/4=19.635cm2；引水道流速V=Q/A=3.80095/（3600*19.635）*10000=0.5377m/s；f二f；0b由《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)7――水電站建筑物》可以查出：阻抗系數(shù)E二1.7；h V^二1.7x 二0.02505m；耳二h:h=2.505/20.499二0.1222；co 2g 2x9.81 c0w0TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"￡=LfV2-gFh2=3.7x1.9635x10-3x0.53772/（9.81x7.8540x10-3x0.204992）=0.64880■ w0X=2￡=3.0826；S=￡h.■2=0.0665；X=ZS0■-￡ 0 w0' '0由公式：in[1+（1+n）x]-（1+n）x=in[1-（1+n）nx]-（1+n）x試算得：m m 0 0x=-0.8851，故Z=x-S=-0.8851x0.0665x102=-5.886cmmaxmaxmax0計(jì)算得阻抗式長管高水位甩荷時(shí)調(diào)壓室最高水位=149+5.886=154.886cm②分析與結(jié)論實(shí)驗(yàn)測(cè)得的最高水位=156.578cm相對(duì)誤差=154.886相對(duì)誤差=154.886-156.578154.886x100%=1.092%結(jié)論：實(shí)驗(yàn)算出來的調(diào)壓室最高水位與理論計(jì)算出來的比較接近，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理。水電站實(shí)驗(yàn)調(diào)壓室水力試驗(yàn)問題3：比較差動(dòng)式和阻抗式在同一實(shí)驗(yàn)情況時(shí)觀察到的水力現(xiàn)象。]4S140]35130125120]4S140]35130125120II1I. !'H■：!. 41差動(dòng)式洌壓室（短管低水位甩荷）水位破動(dòng)圖圖2同一實(shí)驗(yàn)情況下，如圖1和圖2,即均為短管、上庫為低水位情況下，差動(dòng)式調(diào)壓室最高水位為152.807cm，最低水位為143.582cm，最大振幅為9.255cm；阻抗式調(diào)壓室最高水位148.455cm，最低水位為140.702cm，最大振幅為7.753cm。因此在同一實(shí)情況下驗(yàn)下，差動(dòng)式調(diào)壓室最高水位較阻抗式調(diào)壓室大，最低水位雖然也大于阻抗式調(diào)壓室最低水位，但是差動(dòng)式調(diào)壓室的最大振幅較阻抗式大，即差動(dòng)式調(diào)壓室水位波動(dòng)明顯，但是差動(dòng)式波動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間較差動(dòng)式短。我們看到差動(dòng)式調(diào)壓室的穩(wěn)定水位較阻抗式調(diào)壓室高，分析如下：差動(dòng)式調(diào)壓室起調(diào)水位133.0cm，穩(wěn)定水位為147.3cm，調(diào)差為14.3cm；阻抗式調(diào)壓室水位127.9cm,穩(wěn)定水位為144.1cm，調(diào)差為16.2cm。由以上數(shù)據(jù)可以看出，甩荷后，一部分流量進(jìn)入調(diào)壓室，一部分流量流往上游水庫，但是進(jìn)入差動(dòng)式調(diào)壓室儲(chǔ)存的流量更少，流向上庫的更多，上庫多余的水量從溢流堰泄往下水庫，由于流量大，過堰流速也大，流速水頭也較高，因此差動(dòng)式調(diào)壓室的穩(wěn)定水位也較高，調(diào)壓室穩(wěn)定后水流不流動(dòng)，無水頭損失，故調(diào)壓室水位穩(wěn)定在上庫水位處。

水電站實(shí)驗(yàn)調(diào)壓室水力試驗(yàn)2、增荷時(shí)（在圖1、圖2實(shí)驗(yàn)水位穩(wěn)定后增加負(fù)荷）同一實(shí)驗(yàn)情況下，如圖3和圖4,即均為短管、上庫為低水位情況下，可以看出差動(dòng)式調(diào)壓室水位有明顯的小波動(dòng)，阻抗式水位波動(dòng)不明顯，且差動(dòng)式波動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間較差動(dòng)式短。由圖還可以看出，增荷時(shí)兩個(gè)調(diào)壓室水位快速下降，之后沒有明顯的波動(dòng)，本人分析如下：增荷時(shí)，壓力管道流量由調(diào)壓室流量和引水道流量共同補(bǔ)給，剛開始時(shí)，由于上游進(jìn)水口到閥門處有一段距離，閥門處流量主要由調(diào)壓室補(bǔ)充，故調(diào)壓室水位迅速下降，而后形成上下游水位差，進(jìn)水口管道開始補(bǔ)水，由于管長較短，調(diào)壓室水位還未下降到最低水位，壓力管道流量就可由上庫補(bǔ)充，此后調(diào)壓室流量下降速度減慢，直到調(diào)壓室水位比上庫水位低一個(gè)值，該值為進(jìn)口段到調(diào)壓室的水頭損失，此后由于上庫水位和調(diào)壓室無水位差，故波動(dòng)不明顯或者形成很小的波動(dòng)。

水電站實(shí)驗(yàn)調(diào)壓室水力試驗(yàn)問題4：在引用流量相同的情況下，比較不同引水管長度對(duì)阻抗式調(diào)壓室水力現(xiàn)象的影響。_b--■II亠卜恬我恬?.云吋寸_b--■II亠卜恬我恬?.云吋寸ha<3}120 ? 1 1 1 1 i0 5 II] 15 20 25 30陰抗式調(diào)壓室（長管低水位甩荷）水位波動(dòng)圖同一實(shí)驗(yàn)情況下，如圖5和圖6,即均為引水量流量相同、上庫為低水位情況下，阻抗式調(diào)壓室（長管）最高水位為150.545cm，最低水位為139.118cm,最大振幅為11.427cm；阻抗式調(diào)壓室（短管）最高水位148.455cm，最低水位為140.702cm，最大振幅為7.753cm。這是因?yàn)橐艿涝介L，水錘發(fā)生反射的時(shí)間越長，因此管長越長，調(diào)壓室水位上升的最大水位越高，最低水位越低，最大振幅越大，其水位達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也越長。水電站實(shí)驗(yàn)——調(diào)壓室水力試驗(yàn)問題5：比較不同阻抗孔口面積對(duì)差動(dòng)式調(diào)壓室水力現(xiàn)象的影響。實(shí)驗(yàn)中的差動(dòng)式調(diào)壓室的阻抗口面積為固定值，無法描述其水力現(xiàn)象。但從理論上分析如下：阻抗口面積會(huì)影響差動(dòng)式調(diào)壓室的最高和最低水位，如果阻抗口太小，會(huì)使得升管停止溢流后，大室水位仍未達(dá)到升管頂部，不能充分發(fā)揮大室的作用；反之，若阻抗口面積太大，大室會(huì)過早蓄滿，升管被淹沒，從而失去升管限制水位上升的作用，此后水位上升，其工作情