目錄、實驗目的 TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"二、實驗任務與要求 2\o"CurrentDocument"三、實驗設備及模型數據 2\o"CurrentDocument"四、實驗成果 3問題1：描述實驗觀察到的阻抗式和差動式調壓室中的水力現象 3問題2：根據阻抗式調壓室模型數據用解析法求出上水箱為高水位丟荷后調壓室的最高水位，并與實驗成果比較 4問題3：比較差動式和阻抗式在同一實驗情況時觀察到的水力現象 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阻抗式調壓室水力現象的影響 8問題5：比較不同阻抗孔口面積對差動式調壓室水力現象的影響 9五、實驗的收獲與不足 實驗三調壓室水力實驗一、實驗目的1、增強對調壓室水力現象的感性認識，驗證和鞏固理論知識。2、初步了解進行水電站水力模型實驗的方法。3、密切理論和實踐的聯系，培養(yǎng)運用所學理論知識分析實際問題的能力。二、實驗任務與要求利用調壓室實驗臺阻抗式調壓室和差動式調壓室進行下列實驗：1、 觀察并記錄上水箱的高水位149cm時，流量由滿負荷突然減少至零（相當于水電站正常水位丟棄全部負荷）阻抗式和差動式調壓室中水位波動過程及穩(wěn)定所需要的時間。2、 觀察并記錄上水箱的低水位145cm時，流量由零突然增至滿負荷（相當于水電站死水位增加部分負荷情況）及丟棄全部負荷第二振幅涌浪水位，阻抗式和差動式調壓室中水位波動過程中全部水力現象，以確定其最低涌浪水位，水位穩(wěn)定所需要的時間，觀察調壓室內水位波動衰減過程。3、 觀察并記錄不同管道長度以及不同阻抗孔面積對調壓室水位波動幅值得影響。三、實驗設備及模型數據1、實驗設備調壓室水力模型由上水箱、管道、調壓室、閥門、電磁流量計、下水箱及循環(huán)泵組成。水由上水箱經水管引至調壓室，并經調壓室后由水管引至電磁流量計最后流入下水箱，由水泵抽水至上水箱形成循環(huán)。在回水管道上設有手動快速閥門及尾水閘閥，前者用以快速改變水管流量使調壓室中水位產生波動，后者用以調節(jié)流量以滿足實驗要求。在調壓室的大室壁及升管上設有標尺，可直接讀出水位波動的最高和最低值，以及引水管道至調壓室的水頭損失h，波動穩(wěn)定時間可用秒表測定。w，調壓室水位波動過程中的最高水位、最低水位以及上下兩個水箱中的水位，都可以通過固定在相應位置的標尺，用目測方法人工記錄。調壓室水位波動過程線和管道中的流量可由計算機數據采集系統完成，過程如下：LGY-3A型浪高儀將調壓室水位的波動過程變成電壓信號送到計算機數據采集系統，LDZ-4B型電磁流量計將輸水管引用流量轉換成電壓信號送至計算機，計算機數據采集系統自動記錄這些信號，并存儲到硬盤中，供分析使用。在完成實驗前的所有準備工作后，進入試驗程序。其步驟如下：A、開啟計算機，雙擊桌面上“實驗臺程序”圖標；b、 進入“河海大學水電站非恒定流實驗數據采集系統”界面；c、 點擊鼠標進入“傳感器初始狀態(tài)檢測”界面；d、 界面右下方依次顯示“重現”、“退出”、“調零”、“確定”四個按鈕，點擊“確定”按鈕；e、 彈出“進入實時測量”和“傳感器標定”界面，選擇“進入實時測量”點擊“確定”按鈕；f、 在彈出的界面中選擇本次試驗所需用到的傳感器，并選擇所有傳感器是否在同一坐標顯示，點擊“確定”按鈕；g、 在彈出的界面中粗魯“文件名”“采樣時間”和“最大水頭”點擊確定，在彈出的界面中顯示“將覆蓋上次同名數據文件”點擊“確定”按鈕進入測量過程。2、數據模型（1） 引水管阻抗式調壓室引水管長度：短管Ll=170cm，長管L2=370cm；差動式調壓室引水管長度：短管L1=170cm，長管L2=370cm；引水管內徑d=5cm（2） 調壓室阻抗式調壓室內勁D1=10cm差動式調壓室大室內徑D1=10cm；差動式調壓室升管內徑d=5cm差動式調壓室升管高度Z=58.5cm（3） 調壓室水力模型數據水位：（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，每次試驗根據電磁流量計讀數求出通過引水道流量。四、實驗成果問題1：描述實驗觀察到的阻抗式和差動式調壓室中的水力現象。阻抗式調壓室：1、 當流量突然減少為0時，調壓室水位迅速上升,到最高點后開始下降，下降到最低點后調壓室水位又上升，上升到次高點后再下降，反復循環(huán)，調壓室水位上下進行波動，但振幅隨時間而減小，最后調壓室水位穩(wěn)定上水箱水位附近處。2、 當流量突然由0增大至最大時，調壓室水位迅速下降到最低點，而后以很小的振幅上下波動，直至趨于穩(wěn)定。差動式調壓室：1、 當流量突然減少為0時，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，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，接著水位開始下降，到最低點水位后又上升，調壓室水位上下進行波動，但振幅隨時間而減小，最后調壓室水位穩(wěn)定在在上水箱水位附近處。2、 當流量突然由0增大至最大時，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，此后水位又回升、下降，以很小的振幅上下波動，直至趨于穩(wěn)定。水電站實驗——調壓室水力試驗問題2：根據阻抗式調壓室模型數據用解析法求出上水箱為高水位丟荷后調壓室的最高水位，并與實驗成果比較。1、阻抗式短管高水位甩荷計算：①計算過程：上庫水調壓室初流量電磁流量引水道水頭損失阻抗孔調壓室引水道位始水位計讀數管長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《水工設計手冊7――水電站建筑物》可以查出：阻抗系數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計算得阻抗式短管高水位甩荷時調壓室最高水位=149+3.350=152.350cm②分析與結論實驗測得的最高水位=154.454cm相對誤差=152.350相對誤差=152.350—154.454152.350x100%=1.381%結論：實驗算出來的調壓室最高水位與理論計算出來的比較接近，說明實驗結果合理。2、阻抗式長管高水位甩荷計算①計算過程：上庫水調壓室初始流量電磁流量引水道水頭損失阻抗孔調壓室引水道位水位計讀數管長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《水工設計手冊7――水電站建筑物》可以查出：阻抗系數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計算得阻抗式長管高水位甩荷時調壓室最高水位=149+5.886=154.886cm②分析與結論實驗測得的最高水位=156.578cm相對誤差=154.886相對誤差=154.886-156.578154.886x100%=1.092%結論：實驗算出來的調壓室最高水位與理論計算出來的比較接近，說明實驗結果合理。水電站實驗調壓室水力試驗問題3：比較差動式和阻抗式在同一實驗情況時觀察到的水力現象。]4S140]35130125120]4S140]35130125120II1I. !'H■：!. 41差動式洌壓室（短管低水位甩荷）水位破動圖圖2同一實驗情況下，如圖1和圖2,即均為短管、上庫為低水位情況下，差動式調壓室最高水位為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。因此在同一實情況下驗下，差動式調壓室最高水位較阻抗式調壓室大，最低水位雖然也大于阻抗式調壓室最低水位，但是差動式調壓室的最大振幅較阻抗式大，即差動式調壓室水位波動明顯，但是差動式波動穩(wěn)定時間較差動式短。我們看到差動式調壓室的穩(wěn)定水位較阻抗式調壓室高，分析如下：差動式調壓室起調水位133.0cm，穩(wěn)定水位為147.3cm，調差為14.3cm；阻抗式調壓室水位127.9cm,穩(wěn)定水位為144.1cm，調差為16.2cm。由以上數據可以看出，甩荷后，一部分流量進入調壓室，一部分流量流往上游水庫，但是進入差動式調壓室儲存的流量更少，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，因此差動式調壓室的穩(wěn)定水位也較高，調壓室穩(wěn)定后水流不流動，無水頭損失，故調壓室水位穩(wěn)定在上庫水位處。

水電站實驗調壓室水力試驗2、增荷時（在圖1、圖2實驗水位穩(wěn)定后增加負荷）同一實驗情況下，如圖3和圖4,即均為短管、上庫為低水位情況下，可以看出差動式調壓室水位有明顯的小波動，阻抗式水位波動不明顯，且差動式波動穩(wěn)定時間較差動式短。由圖還可以看出，增荷時兩個調壓室水位快速下降，之后沒有明顯的波動，本人分析如下：增荷時，壓力管道流量由調壓室流量和引水道流量共同補給，剛開始時，由于上游進水口到閥門處有一段距離，閥門處流量主要由調壓室補充，故調壓室水位迅速下降，而后形成上下游水位差，進水口管道開始補水，由于管長較短，調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充，此后調壓室流量下降速度減慢，直到調壓室水位比上庫水位低一個值，該值為進口段到調壓室的水頭損失，此后由于上庫水位和調壓室無水位差，故波動不明顯或者形成很小的波動。

水電站實驗調壓室水力試驗問題4：在引用流量相同的情況下，比較不同引水管長度對阻抗式調壓室水力現象的影響。_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陰抗式調壓室（長管低水位甩荷）水位波動圖同一實驗情況下，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。這是因為引水管道越長，水錘發(fā)生反射的時間越長，因此管長越長，調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，其水位達到穩(wěn)定的時間也越長。水電站實驗——調壓室水力試驗問題5：比較不同阻抗孔口面積對差動式調壓室水力現象的影響。實驗中的差動式調壓室的阻抗口面積為固定值，無法描述其水力現象。但從理論上分析如下：阻抗口面積會影響差動式調壓室的最高和最低水位，如果阻抗口太小，會使得升管停止溢流后，大室水位仍未達到升管頂部，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