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武汉大学教学实验报告
水利类专业 2011年 6月 11 日 实验名称 有压渗流电拟法实验 指导教师 姓名 年级 学号 成绩 一、预习部分 1． 实验目的 2． 实验基本原理 3． 主要仪器设备（含必要的元器件、工具） 1、 实验目的： (1) 通过本实验，了解电拟法实验原理。 (2) 掌握测定平面有压渗流等势线的方法，并根据等势线绘制流网，或用电拟法试验仪 直接测出流网。 (3) 根据所绘制或测出的流网，求渗流量；(有关数据由教师给出)。 2、实验基本原理： 渗流的运动规律在符合达西线性定律的条件下与导体中电流现象的规律一样，都可用拉普拉斯方程来描述。因此，在渗流和电流现象之间存在着比拟关系。利用这种比拟关系，测出电流场中的有关物理量采求解或解释有压渗流场中的水力要素，这种方法叫做水电比拟法。 基于两者之间的比拟关系，若能将电流场与渗流场保持几何相似，导电性质和渗透性质相似以及边界条件相似，那么测出电流场中的等位线，就可视为渗流场中的等势线即等水头线。 平面有压渗流电拟模型首先要做到几何形状相似，然后考虑各种边界的模拟：透水边界在渗流场中为一等势线，如上游渗入面和下游逸出面，这在电模型中可用铜片来模拟。不透水边界如闸底板和渗流区域的边界，则可用绝缘体（如有机玻璃、玻璃等）来模拟。除此以外，还要考虑导电性质和渗透性质相似的条件：在均质土壤中的渗流，其渗透系数K为一常数，可用厚度均匀的同一导电液（如自来水）来模拟。 由于在一个流动区域内，流速势函数和流函数，是共轭调和函数，当边界条件互换时，两个函数也互换。因此，可在同一个模型上测完等势线后，将绝缘边界和汇流板的位置调换，这样在新的边界条件下所测得的等位线，就是原流场的流线。 2、 实验仪器：1、标准模型盘一组(测“等势线”、和测“流线”的模型盘各1个)。 2、电拟试验仪一台，如下图所示。 二、实验操作部分 1． 实验操作过程（可用图表示） 2． 实验数据、表格及数据处理 3． 结论 1. 实验步骤 （1） 将模型盘按一定比例点绘在方格纸上（由指导教师预先布置）。 （2） 利用水平尺调平模型盘以保证导电液厚度均匀一致，再将导电液注入模型盘中，其厚度控制在1厘米左右。 （3） 按图连接线路，在指导教师检查无误后再接通电源。 （4） 分别按分压器上0%和100%两个按键，用探针先后触及上游高电位(100%)和下游低电位(0%)，检查微安表指针是否指零，如能指零，表示仪器完好，再把探针指向模型盘水中，如若表头指针向某一侧偏离，表示可以开始施测(以上步骤，一般在实验前已由指导教师作好了准备)。 （5） 按下分压器上90%那一个按键，—将探针在模型盘上沿正交等势线方向往返移动(一般固定一个坐标为好)，寻找表头指针指零的相应于90%这一根等势线的坐标点，找到后，并立即录绘到准备好的方格纸上，测出多点后可徒手连接成光滑曲线，即得90%这一条等势线。 （6） 依次按下其它各个按键，按上述方法测得其它各条等势线。 （7） 实验结束后，关闭电源，倒掉导电液，盖上防尘罩。 实验过程注意事项 （1） 本实验使用较精密仪器，上课前一定要预习好实验指导书，实验时应严格按操作规程进行。 （2） 线路接好后，必须由指导教师检查同意后，方可打开电源。 （3） 在靠近建筑物底部轮廓线附近由于等势线曲率变化较大，测点宜密一些，以便于光滑连接等势线 2. 实验数据，表格及数据处理 3、 实验结论 三、实验效果分析（包括仪器设备等使用效果） 1、 实验成果的评价 在本实验中，本小组绘制的是等势线，实验过程中每人至少绘制一条，实验中每个人都能够动手操作，实验过程中需要操作人员细心而耐心。 实验过程中，由于线路的接触不稳定，导致电流不稳定，引起绘制等势线的误差；实验过程中触笔不能完全垂直，产生误差，特别是在边界处，实验过程中的水面波动也会 对实验产生影响。实验过程中触笔稍有移动，指针就会发生偏转，很难完全使指针对准零点，同时读数存在一定误差。 在误差允许的范围内，小组实验结果能够表示渗流流场。 2、思考题 （1）电拟法试验求得的流图网与电桥两端电位差的数值有没有关系？ 答：有关系，本实验是用电流场比拟渗流场，当电桥两端电位差变化时，电流场中的等势线必然会发生变化，而此时与之比拟的渗流场、流网图也必然发生变化。 （2）用电拟法画流线应注意哪些问题？ 答：①在边界应取较密的点，且它们连线大致与边界垂直。 ②在曲率变化大的地方，应多测几个点。 ③在绘制流线、等势线时要用平滑曲线。 ④在绘图前应将各点坐标记录，以便描点绘图。 （3）如何用所测得的流网图计算渗流量和渗流流速？ 答：渗流流速计算：u?KH，式中：H为上下游水位差；m为等式线根数； (m?1)ΔS K为渗透系数；△S网格平均流线长度。 流量计算：q? 教 师 评 语 指导教师 年 月 日 KH(n?1)?b，式中：Δb为网格宽度，n网格的格数。 (m?1)ΔS