JTJ T 235-2003（条文说明） 通航建筑物水力学模拟技术规程.pdf

1、中华人民共和国行业标准通航建筑物水力学模拟技术规程JfT 235-2:3 条文说明目次1 总则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (77) 3 基本规定. . . . . . . . . . . . . . . . (78) 3.1 般规定.(78) 3.3 试验设备和测量仪器. (78) 3.4物理模型制作精度.(79) 4枢纽通航整体模型试验.(80) 4.1 -般规定.(80) 4.2基本资料.(80)4.3 模型设计.(80) 4.4模型制作及安装.(82) 4.5 试验设备和测量仪器(82)4.6试验内容和方法.(82)4.

2、7 资料整理及分析.(84) 5 船闸水力学模型试验.(85)5.1 一般规定.(85) 5.3模型设计.(85)5.4模型制作及安装.(86) 5.6试验内容和方法.(86)5.7 资料整理及分析.(87) 6 升船机水力学模型试验.(89) 6.1 般规定.(89) 6.3 模型设计.(89) 6.6试验内容和方法(90)75 6.7 资料整理及分析.(90) 7 中间渠道通航水力学模型试验. . (91) 7.1 一般规定.(91) 7.3 模型设计.(91)7.6 试验内容和方法.(91) 7.7 资料整理及分析.(92)8 通航水力学数值模拟.(93) 8.3 枢纽通航水力学数值模拟

3、(93)8 .4 船闸输水水力特性数值模拟.仰的附录A量水设备的安装和流量计算.(95) 附录B材料糙率值.(96) 附录C模型加糙方法.(97)附录D水弹性相似比尺关系.(98) 附录E船闸输水系统模型缩尺影响校正方法.(99) 附录F船厢内水体波动衰减所需运行长度的计算.(101) 附录H船闸输水廊道换算长度计算.(102) 76 1总则1.0.1 通航建筑物水力学问题，由于边界和水力条件各不相同，单纯用理论分析的方法不可能解决复杂的工程问题，通过类似工程的原型观测又需耗费大量人力、物力、财力和时间，有时还难以捕捉到有代表性的设计情况，因此物理模型和数值模拟已成为解决通航建筑物水力学问题的

4、重要手段。为能更好地运用模拟技术，规范和统一试验方法，提高模拟精度和科学性，使研究成果有可比性，因此制定本规程是十分必要的。1.0.2枢纽通航水流条件主要是指枢纽中通航建筑物的引航道、口门区及连接段范围内的通航水流条件。77 3基本规定3.1一般规定3.1.1 传统上模拟研究是以物理模型为主的，因为它比较直观，能较好反映复杂的边界条件和水流条件的影响。数值模拟在通航建筑物水力学研究领域中，对解决一些重复量大的工作如定性的方案对比时效率是很高的，对定量解决复杂问题，特别是反映三维的水流现象是有局限性的。在应用时要根据工程的需要采取不同的模拟于段，对重要工程可以采取两种模拟于段，互相补充、验证，发

5、挥各自的特长。复合模型是近代新发展起来的一种模拟方法，这种方法将数值模拟和物理模型相结合。它可以由数值模拟来提供物理模型的边界条件和初始条件，特别是在边界条件复杂或非恒定流情况下，在模型范围很大时，可以减小物理模型的模拟范围，控制模拟边界条件，提高模拟精度。同时也可以由物理模型提供数值模拟的某些参数，利用数值模拟速度快、变换方案容易和成本相对较低的特点，进行多组次的计算，使数值模拟更加准确和可靠。3.1.4 迄今为止变态模型在通航建筑物水力学模型试验方面，无论从理论上和实践上尚无成熟的经验，故模型不得采用变态。3.3试验设备和测量仪器3.3.2 平水塔是保障供水管道水压和流量稳定的设备，当供水

6、系统给多个模型供水时，如果没有平水塔，一个模型流量的变化就会影响其他模型的流量，给试验造成困难。当供水系统只为一个模78 型供水时，也可以不设平水塔。3.4 物理模型制作精度3.4.1 一般模型导线控制范围不会超过50m，用经纬仪控制角度可以精确到0.010，此时产生的最大误差不会超过lOmmo3.4.2 水准点是模型高程的重要控制点，因此要求精度较高。误差主要产生于水准尺刻度、仪器水平度及读数视差等。只要操作时注意，这样的精度是可以达到的。3.4.3原体水位和水深的测量精度一般为0.05-O.lm，一般枢纽整体模型几何比尺为1:1左右，据此规定制模精度为士1mmo平面位置偏差对试验结果影响较

7、小，因此允许偏差为土lOmmo3.4.4 主要考虑水工建筑物模型尺寸偏差对试验结果影响较大，因此精度控制要比地形严格。3.4.5本条规定是根据国内船模的模拟经验确定的。79 4 枢纽通航整体模型试验4.1一般规定4.1.3验证试验是为了检验和调整模型的水流运动和阻力与原型的相似性，如果相似性不符合要求，就不能保证试验的正确性。因此要对模型进行检验和调整，采取措施如改变糙率等，以满足相似性的要求。4.1.4 本条是指推荐工程方案布置、通航水流条件限值和停泊标准应符合相关技术规范的规定。4.2基本资料4.2.1 模型中进出口段是试验河段之外上下游的水流调节段。4.2.6 船舶资料是为试验中模拟船模

8、所用，船模分为无动力和有动力两类。无动力船模为非自航性质的船模，主要用于船舶停泊条件试验;有动力船模即遥控自航船模，主要用于航行条件试验。根据试验目的和要求对船舶资料有所选择。4.3模型设计4.3.2 枢纽模型一般按重力相似准则设计，即模型与原型中惯性力和重力的比值相等。但实际上流体运动时，除惯性力和重力外，还有粘滞力、弹性力、表面张力和离心力等，要使模型达到动力完全相似，几乎是不可能的。为了消除或减少其他作用力影响所产生的偏差，条文中补充了限制条件，现将依据说明如下:(1)从阻力相似出发，模型至少应该达到紊流，许多试验结果80 表明，明渠水流中紊流临界雷诺数的下限为1栅;(2)为消除表面张力

9、的影响，根据理论计算，要求模型表面波速大于0.23m/s，模型的最小水深不应小于0.015m0考虑到流速仪测量或模型加糙物影响的要求，规定模型航槽中的水深不应小于0.03m;(3 )河道模型一般用水泥砂浆粉面，其糙率约为0.012-0.013，若模型糙率小于0.012，则制模较困难;一般原型河道的最小糙率为0.03左右，模型糙率应当比它小，如果模型糙率大于0.03就无法达到相似要求，故有此限制。4.3.3 水流调节段为水流的自动调节段，用以保证试验段的水流运动与原型相似。模型进口水流调节段的长度与其上游段的河势有关。出口考虑到控制水尺的位置要求及出口段受尾门的影响，同样也需要有一定的模型长度来

10、消除其影响。长度的规定是根据上述原则并总结大量模型实践经验确定的。4.3.4模型几何比尺的选择，是根据国内外已建成并做过整体模型试验的20余座有通航建筑物的枢纽工程试验资料统计分析而得。4.3.5根据国内有关研究单位进行枢纽通航工程整体水工模型试验的实践经验，枢纽通航水工模型均采用正态模型，要求的模型糙率较小，一般由水泥砂浆粉面后，压光或进行拉毛处理，就可以使模型的阻力达到相似。若不满足，再根据需要按附录C进行颗粒加糙。4.3.6枢纽通航整体模型中的船闸，由于受比尺限制，一般无法严格模拟输水系统，因主要是研究灌泄水过程对通航水流条件的影响，而不是研究输水系统本身的水力特性，故可以简化。只要保证

11、船闸输水过程中的流量变化相似就可以了。4.3.7 电站日调节时，正、负波在原型河道中的衰减很慢，可以传递上百公里。而枢纽通航模型的上下游河段不可能做得很长，模型的进出口将会对波动产生反射，进而影响测试结果。因此，当调峰时间短时，需要在反射波到达试验段之前结束测试;当调峰时间81 较长时，在模型的进、出口设置消波措施。4.3.8元动力船模是指在枢纽整体模型中进行船舶的停泊条件试验时，船舶中驳船不模拟舵，推轮不模拟螺旋桨和舵，均为非自航性质的船舶模型。4.4 模型制作及安装4.4.3根据实践经验，采用断面板控制地形，用导线网控制平面位置，水准点控制高程，是最常见的做法。4.5 试验设备和测量仪器4

12、.5.2 (1)根据实践证明毕托管是测量恒定流时均点流速首选的较佳常规仪器，近年己有自动记录的毕托管流速仪。(2)微型旋桨流速仪要求水质清洁，否则水中的发丝或青苔类纤维状污物将缠绕叶轮影响使用。根据使用经验该仪器易受外界条件影响，故需定期在专用设备中进行率定。(3)电磁流速仪抗干扰能力较差，要求水体中元漏电，探头附近无气泡。4.6试验内容和方法4.6.1 (1)根据有关科研单位验证水面线的实践，提出不同的水位控制允许偏差。主要是因洪水位的地形复杂，观测原型洪水期水位比较困难，误差较大;而中、枯水位原型观测较易进行，此时水深又相对较小，故允许偏差应从严掌握。由大量的模型验证实践表明，验证水面线主

13、要是中、枯水位达到与原型一致。因此对洪、中、枯水位的验证分别提出控制的允许偏差。(2)根据原型与模型不同的测量方法，原型测取断面的平均流速和相应过流面积的乘积求得流量，公认误差为士5%，因此模型相应流量的偏差为:t5%，能够满足试验要求。82 (3)原型中观测断面上测点的流速分布时，视水深的大小采取一点法至五点法，测量垂线上各点的平均流速，得到全断面平均流速值。鉴于模型水深浅，难于按原型相应的测点进行流速测量，故根据模型水深，以水深小于和大于O.05m，分别按一点法和二点法测量，获得模型的平均流速。(4)鉴于模型与原型水流都具有紊动和不规律性，根据国内有关科研单位的经验，若某测点水位偏高，则校

14、核该测点附近断面的糙率是否偏大，采取减小模型的糙率;若测点水位偏低，则说明该测点附近的糙率偏小，采取增大模型糙率的措施;除此之外尚需校核测点上下断面之间的局部地形是否符合原地形;若采取措施并经过室内作业各方面的检查，仍不满足要求时，则对原地形和水位观测资料重新审查或重新观测。4.6.2 本条中的试验内容是根据国内枢纽通航工程整体模型试验总结出来的，具体内容根据实际工程的需要而定。(1)枢纽中通航建筑物不同布置方案是指，如左右岸布置，即使在同一岸又有通航建筑物轴线与坝轴线交角和导航堤型式不同等，都会造成通航建筑物的进出口河道水流收缩或扩大，使水流弯曲变形，产生流速梯度，形成斜向水流。由于斜向水流

15、的作用，产生回流，横流和回流使航行船舶或船队产生横漂和扭转，影响通航，因此要对通航建筑物在枢纽中的布置进行通航水流条件的试验。(2)枢纽世洪通航水流条件试验，是指研究不同泄洪流量和闸门不同开启方式对通航水流条件的影响。闸门的开启方式有集中开启、分散开启和均匀开启等多种组合。(3)由于电站日调节时流量变率较大，产生的长波向上游或下游方向传递，传递速度快、衰减慢和距离长。在传递过程中水面的降落和增高及产生横流将影响通航水流条件，因此要进行试验。(4)船闸灌油水时流量变化在引航道中产生往复波流运动，这种波流运动影响引航道和口门区的通航水流条件，同时会对船闸闸门产生反向水头，影响闸门运转。船闸灌油水有

16、多种水位组合，83 -般取最大水位差的水位组合进行试验。(5)枢纽的运行方式中，枢纽泄洪、船闸灌泄水和电站日调节可以有多种组合。当电站日调节与船闸灌地水同时运行时，各自产生的长波运动，会造成波的叠加;当枢纽泄洪与电站日调节联合运行时，会增加或减小口门区及连接段的水流流速和水面比降，往复波流和长波也会叠加，有可能比单独运行更危险，所以要进行不同组合的试验。4.6.4 枢纽通航中船舶的航行条件，采用遥控自航船模试验能更直观地反映航道水流条件和边界条件对船舶航行的综合影响，并能反映船舶与水流的相互作用。通过船模航行参数的观测，可以分析航行状态和航行条件的优劣，能衡量工程设计方案是否符合要求。目前国内

17、的大、中型的枢纽通航工程模型试验中，作为衡量通航水流条件的一种方法和试验手段，遥控自航船模已得到广泛应用。4.6.5 枢纽的通航水流条件试验是经过多种方案的优化，从局部到整体，从不够完善到完善的过程。在优化过程中往往是抓主要矛盾，针对水流条件中某个或某几个特定的指标进行反复试验，使其满足标准要求，不一定都要做系统完整的试验，当得到终结布置的推荐方案时，补充尚未做过的其他试验，全面反映推荐方案的各项指标，使其形成一套系统完整的模型试验资料。4.7 资料整理及分析4.7.4对不满足技术标准的工程方案进行优化修改试验所采取的改善措施有改变通航建筑物在枢纽布置中的相对位置;调整船闸纵轴线的位置;调整导

18、航隔流堤的布置形式，改变堤头形式、角度、堤的长短、堤上开孔和堤断面形状，采取筑丁坝、潜坝、扩宽边坡和设挑流墩等辅助建筑物;改变溢流闸门的开启方式、改变船闸运行方式和日调节调峰间隔或方式等。84 5 船闸水力学模型试验5.1一般规定5. 1.1 其他的船闸水力学模型试验包括事故闸门动水关闭、船舶进出船闸闸室阻力、航态和有闸室减淤要求的输水系统布置等。此外，还有省水、河口入海防咸船闸等特殊类型的船闸水力学模型试验。5.1.3 大量模型试验和原型观测表明，船闸原型的输水效率比模型高，流量系数大，造成输水时间缩短、流量增加和惯性超高超降增大，使模型试验成果偏于不安全。因此，对模型试验的缩尺影响要给以足

19、够重视。一般认为阻力特别是沿程摩擦阻力不相似是产生原型和模型差异的主要原因，这在分散输水系统的船闸表现尤为明显，它的损失主要以沿程摩擦阻力损失为主。观测结果表明原型比模型阻力系数降低20%-50%，流量系数则增加10%-20%。因此要对分散输水系统船闸模型试验成果进行缩尺影响分析和校正。5.3模型设计5.3.1 船闸水力学模型试验模型设计限制条件的原因如下:(1)为了达到模型水流与原型阻力相似，模型水流需处于阻力平方区。受模型比尺的影响，模型的雷诺数比原型小很多，一般难以达到，为了减小试验误差，使模型水流达到紊流则是最低要求;(2)根据经验，模型出水孔廊道段水流雷诺数应大于细则，可忽略雷诺数对

20、局部阻力的影响，多数模型试验资料表明，除在阀门开启初期及输水末期小部分时段不能满足该要求外，其他大部分主要输水时段均能满足该要求;(3)根据试验经验，掺气模型试验的水流速度大于7m/s，才可保持掺气相似。5.3.2本条是根据国内有关单位进行模型试验的经验总结出来的。引航道中往复波流的影响要超过引航道的长度，因此规定口门外水域要有一定的长度以免影响流态。5.3.6该条所列的各类模型比尺的范围，是根据国内外已有的船闸水力学各类模型试验资料统计而得。近百年的船闸建设历史表明，这些比尺范围的模型试验成果均被原型船闸证明是可信的。但对于分散输水系统船闸模型的多数出水孔缝，如其宽度小于6川，其缩尺影响将显

21、著增大，目前尚无较好的校正方法。因此选取模型比尺时要考虑该因素。5.4 模型制作及安装5.4.2满足水弹性相似要求的模型材料是一种高重度、低弹模的特殊材料，到目前为止尚没有一种现成的可以应用的天然或人工的合成材料，需专门研制。5.4.3 规定进行阀门启闭力及流激振动的局部模型不能设置侧向止水，是因为止水的摩阻力与原型不相似，增加止水后的振动特性也与原型不相似，为了减小漏水影响，问门两侧与廊道边壁都要精加工，使其缝隙尽量小。5.6试验内容和方法5.6.1- 5.6.5 船闸水力学模型试验的内容和方法是根据国内外有关科研单位多年模型试验总结出来的，有以下几点:(1)闸室灌泄水水力特性曲线是指阀门开

22、度、流量系数、闸室及阀门井水位、流量和能量等随时间的变化曲线，如为集中输水系统则还有比能及闸室断面平均流速随时间的变化曲线。(2)进水口流态是指进水口处水面的局部降低和激涡情况，出86 水口流态是指出水口处水面塞高、旋攘和回流情况等;(3)由于进水口水流流态在一定的边界条件下与流量和进水口淹没水深有关，因此规定了除在设计最大水位差外，还要在淹没水深最小的上游最低通航水位条件下进行试验。由于游涡水流模型与原型存在缩尺影响且模型结果偏于不安全，因此除进行非恒定流试验外，还要在最大流量的恒定流条件下进行试验;(4)当船闸原型阀门开启时间在4min以上，阅门开启速度较慢，流量增率较小，或输水系统廊道长

23、度较短时，此时惯性影响不大，故可以采用恒定流减压模型试验;(5)阀门非恒定流减压模型能真实反映阀门动水启闭过程中所产生的廊道水流惯性作用，正确模拟阅门的水流流态及空化现象，是一种较先进的模型，但其设备比较复杂;(6)人字及三角闸门处在全开位时推拉杆受力为零，因此以此位置为基线。5.7 资料整理及分析5.7.3 由于空化现象的模型缩尺影响较为复杂，目前尚难以对初生空化数进行校正，因此仅能根据校正后的输水系统水力特征值对工作空化数进行校正。5.7.5 修改方案是指:(1)当灌泄水时间不满足要求时，采取改变阀门开启速度，或修改输水廊道布置，或加大控制断面的面积等措施;(2)当闸室和引航道水力条件不满

24、足船舶安全停泊条件时，改变阀门开启方式，或改变输水系统的布置形式;(3)当廊道转弯处负压超过许可值时，修改廊道转弯曲率半径;(4)当灌泄水时惯性超高或超降超过规定时，采取平水开启工作闸门和提前关闭输水阀门等措施;(5)当引航道流速分布不均匀、出现回流和通航水流条件超过限值时，需修改消能措施或改变阀门开启方式;87 (6)当开敞式阀门在输水过程中产生远驱式水跃时，采取降低阀门段廊道高程、延长阅门开启时间(或采用阀门变速开启)、增大阀门后阻力或提高廊道段混凝土的抗冲强度等措施;(7)当阀门底缘工作空化数小于或等于临界空化数时，采取改变阀门开启方式、优化廊道体型、降低阀门段廊道高程、增加门后阻力和通

25、气等措施;当门槽产生空化时，修改门槽体型和加强门槽结构强度等措施;(8)输水廊道进口产生有害串心吸气谦涡时，视不同的进口形式，采用消涡栅、消涡板、改变支孔喉部面积比、增大进口面积、增加淹没水深或修改边界条件等措施。88 6 升船机水力学模型试验6.1一般规定6.1.2安全通航技术指标是指船舶允许系缆力和通航水流条件的限值。6.3模型设计6.3.1.2 由虎克定律可知，在符合重力相似准则情况下，变形量比尺为模型几何比尺L，力的比尺为址，所以弹性系数比尺K = l!L =泣。由作用力和弹性系数可得钢丝绳变形量，根据求得的变形量即可按弹簧或弹性构件变形公式设计弹簧或弹性构件。6.3.1.3船模试验时

26、为消除层流边界层的影响使船模四周的流态与原型相似，即均为紊流，因此一般采用沿船模外表横剖面从船首开始布置1根以上激流丝的措施。船舶雷诺数大于l(f是根据国内外船模试验经验得到的。6.3.2.3斜面升船机船厢按正常运行速度图，有起动加速段、匀速运行段和制动减速段。起动加速段使船厢内产生的水体波动在匀速运行段发生衰减。当匀速运行段很长时，在船厢未制动减速前，厢内波动已完全衰减，因此，对原体很长的匀速运行段，在模型中可以不用全部模拟出来，只模拟船厢内水体波动衰减所需的匀速运行长度。6.3.3 推荐的模型几何比尺是根据国内外升船机水力学模型试验总结出来的。89 6.3.5 元动力船模设计要考虑安设测量

27、系缆力、纵倾和航行阻力等仪器的需要。6.6试验内窑和方法6.6.1 升船机水力学模型试验内容系根据国内外试验研究经验制定的。执行时注意以下几点:(1)对于双面斜坡船厢连续运转通过坝顶时，由于卷扬机和链条机或摩擦机构之间衔接存在误差及其他原因，致使船厢运行速度突然变化，导致厢中水体波动和船舶系缆力增大，所以需对船厢连续过坝顶问题进行试验。(2)升船机在运行中如突然发生事故紧急制动，致使厢中或坡槽中水体波动和船舶系缆力过大，因此要通过试验确定合理的事故制动减速度。6.6.2 (1)厢底沿纵轴线和厢一侧布置测点是根据船厢或厢池中水力参数以纵轴线为对称的特性确定的。(2)运行中的船厢或推板内水体波动、

28、船舶系缆力与起制动加减速度和速度变化有关，牵引机构速度的变化与船厢或推板的实际运行速度有时会有差异，因此规定在船厢或推板行走轮上安设测速装置，是为了准确测定船厢或推板实际运行速度及其变化。6.7 资料整理及分析6.7.2修改方案是指改变运行速度的试验。斜面升船机船厢和水坡升船机推板是改变起制动加减速度，根据国内外已有经验，加减速度有等加减速和变加减速，后者比前者可获得小得多的水体波动和船舶受力。此外，对小型工程一般采取船厢或推板为多级加减速起制动运行方式，通过试验确定所分级数及每级间隔时间，以避免各级起制动引起水体波动叠加。90 7 中间渠道通航水力学模型试验7.1一般规定7.1.2本条是指推

29、荐工程方案布置、通航水流条件限值和停泊标准应符合相关技术规范的规定。7.3模型设计7.3.3根据国内外中间渠道模型试验经验，考虑到船闸输水廊道模型尺度及船模要求，提出对大型工程几何比尺不宜小于1:80 , 中小型工程可取1:30-1:50。7.3.4 中间渠道中岸边船行波波高与船舶航线到岸边的距离有关，为保持距离不变，所以规定设置导向设施，使船模直航07.3.6 直航试验以导轨保持航向和航线相似，通过调整螺旋桨转速达到航速相似。7.6试验内警和方法7.6.1 (1)中间渠道是连接两座通航建筑物的限制性航道，当升船机船厢出人水或船闸灌泄水时将在中间渠道内引起波动，影响船舶的航行和停泊条件。如国外

30、某双线双级船闸，在某些运行工况下，渠道内产生的波动最大振幅达0.6m，有时使停泊于码头的船舶缆绳断裂。渠道内水体波动造成人宇闸门处出现正向或反向水头，使闸门有时不能开启或自动打开。因此，有必要对中间渠道存在的水力学问题进行试验研究;91 (2)中间渠道内水体波动呈周期性往复运动，波动需较长时间衰减才能达到水面趋于平静。因此在试验中船闸输水结束或船厢出入水停稳后，还要继续观测一段时间。7.6.3 观察船模航态是指波动对船模航向、航速的影响和船模触底情况，船行波试验中发现，当浅水、高速边航时，船首波呈横向推进，冲刷岸坡，反射波使船模横倾并被推向河心，操纵困难，影响船模航速，有时还会发生船模碰底现象

31、。7.7 资料整理及分析7.7.3根据相互关系曲线，对于相应的条件，巳知航速、船吃水、水深和断面系数后，可以查得近岸处最大波高，也可得出影响最大披高的主要因素和规律。针对不同岸坡材料和形式提出减小船行波危害的措施。7.7.5修改方案是指:(1)为减小渠道中波动叠加的影响，对上下船闸输水或上下升船机船厢出人水起始时间，采取不同的错开历时;对双线船闸或升船机采用不同的组合运行方式。(2)修改渠道断面形状及水域面积、在船闸输水进出口地段较大范围内分散布置输水廊道、在闸室或船厢池附近设置调节地和部分旁侧灌泄水等措施。92 8 通航水力学数值模拟8.3枢纽通航水力学数值模拟8.3.4 (l)ADI法兼有

32、显、隐式优点，是目前我国工程界中最先开展并应用较广泛的一种模式。(2)三角元法原理简单、解法直观、编辑容易和布设随意，易拟合固边界，有较好的稳定性、收敛性和精度，已得到了广泛应用。8.3.5枢纽通航水力学数值模拟定解条件中的边界条件是数值模拟成败的关键因素之一，因此在确定边界条件时，需对计算域水流情况和边界特性充分了解，从而正确确定边界条件。边界条件分固边界和水边界两类。水边界通常根据已知资料来确定，当水边界缺乏实测资料时，一般依据周围已知资料初步选定边界条件，并与计算域内验证点实测资料进行对比，反复调整初选边界，直至域内验证点计算结果与实测结果相吻合为止。8.3.6平面二维工程问题中的固边界

33、常常是不规则的，网格结点能否正确地拟合边界直接影响数值模拟的精度。精确地拟合边界常常是困难的，本条所列举的方法仅是多种近似方法中的几种:(1)矩形网格拟合方法，拟合简捷但误差较大，在有些情况下废网格很多;另一种是镜象法，该方法计算精度较高，稳定性较好，但废网格数同样较多。(2)三角形网格拟合法，三角形网格可随意加密计算结点，可以较准确地拟合复杂边界，亦可根据计算部位的重要性调整网格的疏密，但三角形网格在边界附近采用中心差分时其计算稳定性93 较差。(3)拟合坐标法，可以选择适宜的坐标系，使坐标网格较贴体地拟合边界形状。如用正交曲线网格可以较好地模拟蜿蜒河流的边界，又使废网格大大减少，拟合坐标变

34、换，使方程复杂化，但可使方程标准化，以简化程序。(4)由于水深变化而引起边界等地形出现出入水的变化，计算域的改变通过固定计算域法和变动计算域法完成。变动计算域法通过计算点水深来决定网格点的取舍。固定计算域法是使边界位置固定而通过边界一定水量的进出以达到相似，如窄缝法等。8.4 船闸输水水力特性数值模拟8.4.6船闸输水水力特性数值模拟验证允许偏差是指采用模型试验系数时，计算结果与模型试验值之间的偏差;如采用原型观测系数时，是指计算结果与原型观测值之间的偏差。94 附录A量水设备的安装和流量计算本附录主要依据国家现行标准明渠堪槽计量试行检定规程(JJG 711)、水工与河工模型常用仪器校验方法(

35、SUT233)、内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程(JfT232)以及实际使用经验确定。关于量水堪流量的计算公式，大多数都是经验公式，它们与堪板尺度和堪槽尺寸、水流条件等都有关系，因此在没有量水校验设备直接率定流量情况下，应用这些计算公式时要注意使用条件。规程中所介绍的公式是常见的，有些公式有多种表达形式，如矩形堪雷伯克(Re胁。ck)公式，不间年代不同国家均有不同形式，经比较计算各公式之间差异不大，本规程选择了一个比较简捷的计算公式。95 附录B材料糙率值B.0.1 表B.O.l材料糙率值系根据水力学教科书和有关资料经综合分析比较后选取的。96 附录C模型加糙方法C.O.l (1)式(C.0

36、.1-1)是经验公式，式中0.015为经验系数，因各家试验条件不同而略有差异。有的取0.0166，有的取0.01380试验证明，除粒径外，颗粒的形状及排列对糙率也有一定影响。(2)式(C.0.1-2)和图C.0.1是根据有关单位，在水槽中的系列试验和一些河工模型试验中的实例数据拟合出来的，也是经验关系。使用时需根据实际情况适当调整。(3)对无间距加糙，用加糙颗粒填铺并与模型断面板齐平，就能保证模型水深和过水断面面积与原型相似;当采用有间距加糙时，目前尚元可靠的计算方法确定所占模型水深和过水面积。一般采取在航槽中或枯水主槽河床内以颗粒密排加糙，其他部分以有间距加糙。97 附录D水弹性相似比尺关系

37、D.0.1, D.0.2 本附录内容系根据现行行业标准水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程HSL156)和有关研究成果的相关内容编写的。98 附录E船闸输水系统模型缩尺影响校正方法E.O.1.1 式(E.O.1-2)统一了国外所用的雷诺数校正法和我国以往所用的糙率校正法，同时体现了粗糙度和雷诺数的影响，兼顾了模型和原型在输水过程中所经历的各种流段。由该式可见，当雷诺数较大时分母对数中第2项趋向于零，即相当于糙率校正;当雷诺数较小时，则前面一项相对较小，即相当于雷诺数校正;在其他情况则粗糙度和雷诺数均起作用，该式同时可反映模型比尺的影响，是一种有理论基础的校正方法。校正过程如下:(1)由

38、于模型和原型的糙率和雷诺数不同，需要进行迭代计算。首先将模型的实测流量按比尺关系得出原型流量，并按式(E.O.l-1)计算得出原型雷诺数;再根据式(E.O.1-2)分别计算得出原型和模型的沿程摩阻系数p和凡，由此得到原型与模型沿程某区段1，摩阻系数的校正值，1).i= m - p, ，由，1i= ,1).J/4R, 计算得到输水廊道的原型沿程阻力系数的总校正值2.:，1龟，由已知的模型总阻力系数2得到校正的原型总阻力系数为2.:p = 2.: em - 2.: ,1ep ，由式的=1IV丁8ep计算出原型的流量系数，由此能够计算得到近似的原型流量Qp;(2)根据求出的近似原型流量也重复上述的计

39、算过程，再次得到逼近原型的心、2.:e、和Q，当迭代计算后得到的原型沿程摩阻系数j与迭代前的沿程摩阻系数p的值基本相等时，得到的原型j、2.:e、巧和Q即为经过模型缩尺校正后的输水系统水力参数;(3)由于模型或原型输水廊道各区段的断面尺寸不尽相同，在99 同一流量下，其水力半径R与雷诺数亦不相同，因此要分别对每一区段的沿程摩阻系数值进行计算，然后再分别计算输水廊道每一区段的阻力系数值;(4)将输水廊道每一区段的阻力系数值换算为相对于阀门处廊道断面(计算断面)的阻力系数，相加后得到输水廊道的原型沿程阻力系数的总校正值。E.O. 1.2 该方法是根据一些不同比尺、不同输水系统型式船闸原型和模型的主

40、要水力特性资料统计点绘的关系曲线而得，因此是一种经验统计的方法，它具有简单方便的优点。它的缺点是对不同模型比尺和输水系统布置形式等对缩尺的影响难以区分，此外由于这种方法难以确定输水系统沿程各区段阻力系数的缩尺影响，因此要准确了解输水系统沿程的水力特性如压力分布等就有一定困难。100 附录F船厢内水体波动衰减所需运行长度的计算F.O.l 本附录是根据国内外有关试验资料总结出来的半经验半理论公式。公式中对船厢中无船段波速和有船段波速分别为理论计算值，实际上水体波动由厢的一端经过船体传递到厢的另一端，因受船体及厢底粗糙度等因素影响，波速要减小，传递时间要增大，所以根据经验采用系数1.160101 附录H船闸输水廊道换算长度计算H.O.l、H.O.2本附录是根据现行行业标准船闸输水系统设计规范(J306)附录E中的有关内容编写的。102 A咱一、，一才一兀4-O ULO 且-且-ZJ5-2 1 -U价一定二久Z，