55467水流空化模型试验规程 标准 SL 156-1995.pdf

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1、中 华 人 民 共 和 国 行 业 标 准 水工 ( 专题)模型试验规程 T e s t r e g u la t i o n f o r s p e c ia l n y d r a u l ic m o d e l S L 1 5 6 一 1 6 5 - 9 5 主编单位:中国水利水电科学研究院 批准部门:中华人民共和国水利部 施行 日期:1 9 9 5 年 7 月 2 1日 2 3 8水 年 y 水 电 卷.试 验 中华人民共和国水利部 关于发布 水工 ( 常规)模型试验规程 S L 1 5 5 -9 5 和 水工 ( 专题)模型试验 规程 S L 1 5 6 -1 6 5 -9 5 的

2、通知 水科技 1 9 9 5 习2 6 7 号 部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利 ( 水电)厅 ( 局) : 根据部 1 9 9 4年水利水电技术标准制 ( 修)订计划，由部科学技术司主持，南京水利科 学研究院主编的 水工 ( 常规)模型试验规程和中国水利水电科学研究院主编的 水工 ( 专题) 模型试验规程 ， 经审查批准为水利行业标准，并予以发布。标准的名称和编号为: 水工 ( 常规)模型试验规程S L 1 5 5 -9 5 水工 ( 专题)模型试验规程S L 1 5 6 -1 6 5 -9 5 本标准 自发布之 日起生效 ，在实施过程 中各单位应注意 总结经验 ，如有 问题请 函告部

3、 科 学技术司，并 由其负责解释 。 标准文本由中 国水利水电出版社 出版发行 一 九 九 五 年 七 月 二 十 一 日 SL 1 5 6 - 1 6 5 - 9 52 39 o li吕 水工 ( 专题)模 型试 验规程S L 1 5 6 -1 6 5 -9 5系根据水利部技术监督委员会 ，技监办 1 9 9 4 0 6 号文通知编制的。 本规程主编单位:中国水利水电科学研究院 本规程参编单位 :南京水利科学研究 院、长 江科 学院 规程编制工作 自 1 9 9 4年 5月召开分工协调会到 1 9 9 5年 5月完成规程报批稿，约一年 时间。在编写过程 中，曾将规程和条文说 明征求 意见稿

4、发送有关 规划设计、科研、院校等 2 5个单位 征求意见 。 根据各单位 返回的 1 8份书面意见 ， 对规程和条文说明的征求意见稿进 行了修改和补充后提出了送审稿。水利部科技司于1 9 9 5 年 3 月在北京召开审查会。 参加本规程审查单位 :中国水利水 电科学研究 院、南京水利科学研究 院、长江科学 院、 黄委会水利科学研究院、西北水 利科学研 究院、松辽委水利科研所 、天津 院水利科研所 、清 华大学、河海大学、武汉水利 电力大学 。 会后按审查意见进行修改 和补充 ，完成 报批稿 。 本规程包括 1 2个专题规程 ，每个专题规程均附有相应 的条文说 明，对规程的一些条文 作必要的解释

5、，并简要的阐述条文规定的主要依据及使用条文应注意的问题。 水工( 专题 )模型试验 规程在 国内是第 一次编制，虽组织专家多次讨论，编制者尽最 大的努力，但仍难免存在一些不足之处，敬请读者和有关领导批评指正。 S L 1 5 6 - -1 6 5 - 9 52 41 水流空化模型试验规程 ( S L 1 5 6 -9 5 ) 总则 1 . 0 . 1 为统一水流空化模型的试验研究方法与技术要求， 提高试验研究成果的科学性、 准 确性 和可靠性 ，特编制本试验规程 。 1 . 0 . 2 本规程适用于在减压箱、 循环水洞、 高压箱等专用试验设备中进行各类过流面和绕 流体水流空化模型试验 1 .

6、0 . 3 水流空化模型试验应根据试验任务要求编写试验研究大纲， 包括: 工程 ( 或课题发 展) 概况、 试验研究目的和要求、工程设计方案和必备资料、 模型设计和试验研究方法、 试 验设备 和量测仪器 、试 验研 究进度计划、预期成果 目标及试验研究负责人和参加人员等 1 . 0 . 4本W w1 , 循 水工( 常规 )模 $ 1 试验规程 S L1 5 5 -9 5和有关标准 2相似准则 2 . 0 . 1 模型应满足几何相似、水流的运动相似和动力相似，遵循佛劳德相似准则。 2 . 0 . 2 模型与原型的水流空化数应相等。 2 . 0 . 3 模型空化水流不能满足雷诺相似律， 在满足水

7、流流态相似的前提下， 仍能进行水流 空化试验 ，但应考虑 比尺影 响。 3试验设备与f测仪器 3 . 0 . 1 泄水建筑物的整体模型水流空化试验一般在减压箱内进行， 绕流体及局部模型水流 空化试验一般在循环水洞或高压箱内进行。 3 . 0 . 2 减压箱质量应符合下列要求: ( 1 )工作段前后应有可靠的稳水设施，保证试验时模型上、下游水位稳定。 ( 2 )箱体内壁必须经防锈处理， 边壁平整光滑， 其自身初生空化数应小于模型体型的初 生空化数 。 ( 3 ) 箱体气密性要好，连续抽气能达到的真空度应不低于9 8 . 5 0 o 。每次抽气达到相似 真空度后，维持恒定真空度 ( 真空度变化小于

8、一。 . 5 %)的时间应不小于2 h o ( 4 )工作段宽度应大于 0 . 4 m，高度大于 1 . O m。侧壁需有足够面积的透明观察窗。 ( 5 )工作段附近的环境噪声宜小 于 7 0 d B. 3 . 0 . 3 循环水洞质量应符合下列要求: ( 1 ) 工作段前后应有良好的收缩曲线和扩散曲线， 以保证工作段内流速分布均匀。 水流 来流紊动度宜小于 4 Y - ( 2 ) 洞身内壁必须经防锈处理， 边壁表面平整光滑， 其 自身初生空化数应小于试验体的 初生空化数。 ( 3 )洞身密封性要好 ，加压或减压之后维持恒定压力 的时间应不小 于 2 ho 2 42 k利 水 电 巷试 验 (

9、 4 )工作段 附近的环境噪声宜小于 7 0 d B. ( 5 )工作段侧壁需有足够面积的透明观察窗。 3 . 0 . 4 高压箱质量应符合下列要求: ( 1 ) 箱体内壁必须经防锈处理， 边壁要平整光滑， 箱体 自身初生空化数应小于模型体型 的初生空化数。 ( 2 )箱体密封性能要好，加压之后维持恒定压力的时间应不小于 2 h ，以保持稳定的工 作水头。 ( 3 )其他 要求同 3 . 0 . 3 . 3 . 0 . 5 空化模型试验的主要附属设备包括: 真空泵、空压机、除气塔、高压泵、水泵、电 机等，应购置符合 国家标准 的产 品，或委托持有相应许 可证的单位设计 和制造。 3 . 0 .

10、 6 试验使用的量测仪器仪表， 凡属市场购置， 应有国家或行业技术监督部门颁发的合 格证 ，且其技术指标应满足试验测试要求 。 3 . 0 . ， 自行研制的仪器仪表，应经相应的技术监督部门鉴定合格，方可使用。 3 . 0 . 8 试验 用的主要量测仪表如下 : ( 1 )测压计: 压力表、 压力传感器、 压差变送器、 气压计、 多点压力仪、 巡回检测阀等。 ( 2 )流量计:孔板、电磁流量计等。 ( 3 )水位计:测针、电传水位计、超声水位仪等。 ( 4 )温度计:标准水银温度计、半导体点温计、多点温度仪等。 ( 5 )流速仪:激光流速仪。 ( 6 )空化监测仪:噪声仪、超声波空化探测仪、数

11、字频谱分析仪、闪光测频仪等。 ( 7 )含气量测定仪:测氧仪、含气量测仪等。 ( 8 )高速摄影机、快速摄像机等。 3 . 0 . 9其他有关数据采集和二次仪表 ，应遵循 水工( 常规)模型试验规程 的规定 。 4 模型设计 4 . 0 . 1 水流空化试验模型，应遵循 2 . 0 . 1 , 2 . 0 . 2 条相似准则，按佛劳德模型定律设计 模型。 4 . 0 . 2 在满足2 . 0 . 3 条规定条件下选定模型比尺、 确定模型截取范围。 当模型置于循环水 洞或高压箱中进行试验时，试验段阻塞度宜小于1 5 %. 4 . 0 . 3 按 2 . 0 . 2 条规定及选定的模型比尺确定相似

12、真空度 ( 减压箱)或调整压力与流速 ( 循环水 洞、高压箱) 。 4 . 0 . 4 对模型材料必须作强度校核计算，特别是当模型边壁作为工作段的情况。 4 . 0 . 5 长模型过流边壁糙率应尽量满足或接近相似要求，连接牢固平整。 4 . 0 . 6 模型中需设有保证循环水回到工作段时含气量保持稳定的设施。 4 . 0 . 7 其他要求按 水工 ( 常规)模型试验规程执行。 5 模 型 制 作 与安 装 5 . 0 . 1 模型制作应绘制模型总体布置图、结构物模型详图、测点布置图， 并提出模型加工 S L 1 5 6 - - 1 6 5 - 9 52 43 及安装要求。 5. 0.2 5.

13、0. 3 模型制作安装完成后，应进行检查与校核，并有完整记录。 其他有关模型制作、安装及量侧设备安装等要求，按 水工 ( 常规)模型试验规 程执行。 6 试 验 内 容 与 方 法 6 . 0 . 1 试验方法: ( 1 )设备充水; ( 2 )要求水中含气量少且稳定，没有肉眼明显可见的气泡，水质透明; ( 3 )减压或加压运行， 使其达到要求的相似真空度 ( 减压箱)或水流空化数相等 ( 循环 水洞、高压箱) 。 6 . 0 . 2 观测内容: ( 1 )测 量气 压 ; ( 2 )测量水温; ( 3 )测定水中含气量或水的抗拉强度; ( 4 )测量压 力; ( 5 )测 量流 量; ( 6

14、 )根据试验要求计算或测量流速; ( 7 )观测水流初生空化现象及相应条件; ( 8 )观测水流空化生成和消失的演变过程; ( 9 ) 有特殊要求时，观测非恒定水流的空化特征; ( 1 0 )应用噪声仪或高速摄影机等测定及记录初生空化的水力条件。 6 . 0 . 3 其他有关数据采集方法，按 水工 ( 常规)模型试验规程执行。 7资 料 整 理 与 分 析 7 . 0 . 1绘制各种运行工况 的水流 时均 压力 分布图，必要时还 包括脉动压力特征和谱曲线 。 7 . 0 . 2 整理出各种运行工况下的计算或实测流速成果。 7 . 0 . 3 整理空化初生和消失时的水流空化数及相应的各项水力参数

15、。 7 . 0 . 4 分析在各种运行工况下空化现象的特征。 7 . 0 . 5 按第 6 . 0 . 2 ( 9 )条要求，整理分析非恒定流的空化特征。 7 . 0 . 6 提出空化现象的照片或录像。 70 . 7其他流量、水位等成果 的整理与分 析，按 水 工 ( 常规 )模 型试验 规程执行。 8报告编写 8 . 0 . 1 从 流动相似和水流空化数相等方 面、论证模 型的相似性 和比尺选定的合理性。 8 . 0 . 2 当截取泄水建筑物局部， 在循环水洞或高压箱中进行试验时， 应论证模型相似性和 成果的可靠程度。 8 . 0 . 3应提出空化初生和消失时的水流空化数 、流态及相应 的各

16、项 实测水 力参 数。 2 4 4 川 年 日 川 电 卷试 验 8 . 0 . 4 应对相似条件下 空化源的位 置、空化特性及可能造成的危害作出分析 。 8 . 0 . 5 按 6 . 0 . 1 1 条要求，分析对比恒定与非恒定水流的空化特性。 8 . 0 . 6 应对试验成 果的引伸、比尺影响提出分析意见和建议 。 8 . 0 . 7 提出消除水流空化的工程措施和有关建议。 8 . 0 . 8有关报告 编写的其他要求 ，应遵循 水工( 常规)模型试验规程 的规定 。 掺气减蚀模型试验规程 ( S L 1 5 7 -9 5 ) 总则 1 . 0 . 1 为统一掺气减蚀模型的试验研究方法与技

17、术要求， 提高试验研究成果的科学性， 准 确性和可靠性 ，特编制本试验规程 。 1 . 0 . 2 本规程适用于各类明流泄水建筑物的掺气减蚀设施模型的试验研究。 1 . 0 . 3 应根据试验任务要求编制试验研究大纲， 包括工程 ( 或课题发展)概况、试验研究 目的与要求、 工程设计方案和必备资料、 模型设计和试验研究方法、 试验设备和量测仪器， 试验研究进度计划、预期成果、目标，试验研究负责人和参加人员等。 1 . 0 . 4 本规程应遵循 水工 ( 常规)模型试验规程S I . 1 5 5 -9 5 和有关标准。 2相似准则 2 . 0 . 1模型应满足儿何相似、水流的运动相似和动力相似

18、，遵循佛劳德相似准则 。 2 . 0 . 2 模型掺气设施处水流速度宜大于 6 m/ s , 2 . 0 . 3 当模型掺气设施处不能满足 2 . 0 . 2 条要求时， 在保证水流流态相似的前提下， 仍可 进行掺气设施选 型研究 。但模 型实测通 气量向原型引伸时 ，应考虑比尺影响 2 . 0 . 4 掺气设施下游的沿程掺气浓度， 模型中尚难以获得相似。 模型中的掺气浓度， 只供 相对 比较参考 。 3 试验设备与f测仪器 3 . 0 . 1掺气减蚀设施模型试验 ， 一般需 利用高水箱 或高速陡槽 专用设备。其专用设备的技 术要求是 : ( 1 )高水箱。 应有足够大的容积、 供水能力和高度

19、， 并设有可调节的平水设施， 来流稳 定和顺畅 。 ( 2 )活动式陡槽。 槽长、 槽宽和槽深应能满足试验要求， 变坡范围较大， 槽身应有足够 刚度 。过流面平整 ，侧壁透明 ( 至少 一边 ) 。来流水 深和流速分布均匀 ，并应有足够大 的供 水能力 。 ( 3 )固定式陡槽。除槽身坡度固定外，其他同3 . 0 . 1 ( 2 )要求。 3 . 0 . 2 模型试验用的主要附属设备有: ( 1 )流量供应系统; 中 华 人 民 共 和 国 行 业 标 准 水工 ( 专题)模型试验规程 S L 1 5 6 - 1 6 5 - 9 5 条文说明 2 7 8 水 利 习 电 卷 试 验 水流空化模

20、型试验规程 ( S L 1 5 6 -9 5 ) 1 总则 1 . 0 . 1 1 . 0 . 2 水流空化模型试验规程，主要是针对在减压箱进行泄水建筑物整体、局部 模型;在循环水洞、高压箱或其他专用设备中进行局部模型，研究泄水建筑物过流面、门 槽、掺气坎、闸墩 ，消力坎和其他特种体型 的消力墩 、消能工水 流空化特性试 验研 究。对 圆柱体、叶片和特种绕流体等 的水流空化特性试验 ，亦可适用 。 本规程只针对水流空化模型试验 。未涉及到与材料性能有关 的空蚀模型试验 。 2 相似准则 2 . 0 . 1指出遵循佛劳德相似 准则。即说 明各主要 水力要素仍然符合下列模型比尺的关系。 长度比尺:

21、L , ; 流 速 比 尺 : V , = L 声 ; 流 量比 尺 : Q= L ; 时间比尺 T . = L ; 糙率比 尺: n , =L S a 2 . 0 . 2在减压箱 中进行泄水建筑物的水流空化模型试验 ， 要求模型与原型的水流空化数相 等。即 二二了 h a+ h一 h nm= 八户= I 一 一 一 万万 石 二 ， 一 一I = 、U /乙 gj ，、 H ,+ H一 H 式中h . , H. 模型 、原型的大气压力( 与高程有关)， h, H模型 、原型水柱压力 ，P a ; VZ 1 2 g 尸a ; h - H, 模型、原型汽化压力 ( 与水温有关) ，P a ; v

22、 , V模型、原型平均流速， m/ s , 应指明计算模型 人、v的参考断面位置 。 根据模型与原型水流空化数相等的准则，得出试验时减压箱中要求控制的真空度。为 了寻求初 生空化及探索空化变化的规律 ，也可改变真空度而进行系统试验 。 2 . 0 . 3在满足流态 相似 的同时，亦应考 虑水质对水流空化的影响。 3试验设备与t测仪器 3 . 0 - 1 -3 - 0 . 4 减压箱、循环水洞、高压箱等专用试验设备，必须通过检定。检定单位对 设备的实际功 能能 否满足监测项 目的测试要求 ，出具检定结果证书或相应文件 。检定( 校 验)周期一般为5 1 0年。 3 . 0 . 5配置的附属设备

23、，应是 国内、外通用性 能较好的，型号、规格必须满足设备的技术 S L 1 5 6 - - 1 6 5 - 9 52 79 要求 ，具有 经过国家或行业检定的合格证书。 3 . 0 . 6 -3 . 0 . S 量测仪器:凡已成为商品出售的量测仪器，均必须有经过国家或行业计量 鉴定的合格证 书。单 位 自制或兄弟单位内销的专用仪器，必须通过率定( 性能稳定)和鉴 定， 具有合格证书或相应的证明文件。 测量使用的一次仪表率定 ( 校验) 周期一般 1 -2 年。 3 . 0 . ， 配套用的二次仪表和采集系统的仪表， 必须有经过国家或行业检定的合格证书。 检 定( 校验 )周期一般 1 -2年

24、。 4模型设计 4 . 0 . 1 4 . 0 . 2 对水流空化现象的影响因素很多， 即使模型满足几何相似、 动力相似而 达 到流动 相似 ，但 当模型 比尺 选得过 小 ，减 压模 型试验 仍存 在缩 尺影 响问题 ，因此 在 模型 设计 时 ，尽 可能 选择 较大 的模型 比尺 。根据 目前 国内 、外模 型试验 的经验 ，应 使 其重点研究部位的水流流态满足雷诺数大于 1 X1 0 , ，否则宜将重点研究部位，放大模 型 比尺设计 成局 部模 型 ，置于循 环水 洞或 高压箱 中进行 水流 空化试 验研究 ，达 到减小 缩尺 影响 的 目的。 4 . 0 . 5 包括两层 含意:一是要

25、求模型连接处平整光滑 ;二是要求模 型过流 面材料糙 率与原 型相似，这是为了提高试验成果准确性 。因为 ，不平 整度，过流面 的糙率对高速水 流边界 层的发展和流态影响较大 。 5模 型 制 作 与 安 装 5 . 0 . 1 5 . 0 . 3 总的来说， 减压模型试验的模型制作与安装与常压下的常规模型要求相同。 但当模型置于减压与加压合一的设备中，分别进行减压条件和加压条件试验时，则在模型 材料、制作和安装方面 ，应考虑模型受力变化的情况 。 6 试 验 内容 与 方 法 6 . 0 . 1减压试验 ，真空度 的变化及抽气时 间的延 长，水 中含气量 随着变化 ，水 中含水量对 空化特征

26、 影响较大，但严格控制和测量水质含气量是 困难的 。在引用 自来水进行空化试验 时，应通过水流循环抽气过程，使水流含气量达到最少，且稳定后，再进行正式试验。其 真 空度及 含气量的稳定时间应长于试验时段。 6 . 0 . 2水流空化试验 ，在模型上可能观察到空化形态很多 ，如分离型空化 、游移型空化和 漩涡型空化等 ，但应 以观测危害性较大的分离型空化为主 ，宜观测初生至消失全过程。采 用超声波空穴探测仪等声 、能谱观测仪器和肉眼观察方法 ，对空化现象作出综合性分析和 判别 。 7 资料 整 理 与 分析 7 . 0 . 3 关于与空化初生和空化消失时相应的各项水力参数， 主要是指水头、 单宽

27、流量、水 深、流速、时均压力和脉动压力等。 7 . 0 . 4是针对工程的生产试验任务而言 ， 例如相应于工程设计和校核水位时水力指标的相 似水力条件 ，因为这种运行条件是否产 生初 生空化，以及其空化特征和演变情况，是致关 2 8 0 习 利 水 电 巷试 验 重要 的，应 为试 验研究的重点。 8报告编写 8 . 0 . 2重点是指在 循环水洞或高压箱 中进行 局部模型试验情 况，一般在水洞或 高压箱的 模型，水流多是二维，且无自由面的，因此，必须重视模型过流面边界条件和来流水力条 件 的相似性 ，对试 验成果的准确度作出分析。 8 . 0 . 3 所提的水力参数同7 . 0 . 3 条内

28、容。 8 . 0 . 4 空化源: 是指空化现象的来源或起因， 对此应作出追踪性的探索， 以利为消除空化 现 象或降低初生空化数找出改善措施。 8 . 0 . 6 关于水流空化模型试验的缩尺影响， 尚无成熟的校正方法。 只能根据目前研究成果 的水平，对模型试验成果的引伸 ，原型空化的可能性作出论证分析。 8 . 0 . 7 主要是针对工程生产试验而言。 当工程泄水建筑物的水流空化数大于模型测得的初 生空化数，则 原型不致产 生空化现象。只有在工程的水流空化数小于模型测得的初生空化 数 ，则必须探索 出改善水 流边 界条件，避免空化的工程措施。 掺气减蚀模型试验规程 ( S L 1 5 7 -9

29、 5 ) 总则 1 . 0 . 1 1 . 0 . 2 掺气减蚀模型试验规程，主要是针对高水头溢洪道、泻流槽、明流泄洪洞 等明渠高速水流掺气减蚀设施选 型的模 型试 验研究。 本 规程适用 于常压和减 压条件下 的模型试验 ，但 当进行减 压模型试验 时，还应遵循 水流空化模型试验规程S LI 5 6 -9 5的有关规定。 2相似准则 2 . 0 . 1指出遵循佛劳德相似准则 。即表 明各主要水力要素仍然符合下列模型 比尺 的关系 。 长度 比尺 :L , ; 流速 比尺 : 流量 比尺 : 时间 比尺 : 糙率比尺 : l v. =L ; S Q=L ; 1 T. =L : ; l n , =L 6 0 2 . 0 . 2 强调模型掺气坎 ( 槽) 处的水流速度大于6 m/ s ， 主要是使模型实测的通气量能按佛 劳德模型定律引伸至原型 。 2 . 0 . 3 关于比尺效应问题，虽有不少的研究，但对通气量提出具体引伸计算方法者尚少。 目前宜参考有关曲线 、经验公式 ，根据模型试验成果 和工程 原型情况进行 综合分析后，考 虑校正缩尺影响的方法。