矩形侧堰水力性能参数研究

为研究矩形侧堰自由出流水力性能,探索侧堰泄流公式,试验采用控制变量法,设置不同堰高、堰宽,研究流量与各水力性能参数的关系.结果表明:①理想状况下,矩形侧堰泄流时水流的总能损失在10％以内,能量损失主要体现在堰口处;②水面线在堰口近上游端低于远离上游端;③侧堰流量与堰宽、堰上水头成正比.流量系数md与弗汝德数Fr1,上游水深与堰高比h/P,上游水深与堰宽比h/b关系显著,与弗汝德数Fr1正相关,与h/P,h/b负相关.得出0～30 L/s流量范围内侧堰泄流公式,Q=Fr10.162(h/P)-0.113(h/b)-0.045b√2 H 3/2,实测流量与计算流量误差范围在-0.01％～6.86％之间,符合测流误差范围,测流精确.研究成果可为侧堰测流提供理论依据,对灌区量水设备、方法的发展和改进具有重大意义.     

矩形渠道梯形薄壁侧堰水力特性试验研究

侧堰作为一种量水设施,安装在渠道侧边,直接与小型渠道或田间入水口连通,无需改变原有渠道断面结构,具有体型简单、安装拆卸方便、精度较高等优点,有很好的应用价值,但目前对其堰型以及水力特性影响因素的研究还不深入,在前人研究的基础上,对矩形渠道4种不同堰角(θ=0°,3°,6°,9°)的梯形侧堰在7种不同流量下进行了49组试验,获得了侧堰附近水面线,并基于无量纲原理研究了流量系数与其影响因素之间的关系,推导了操作简单且精度较高的流量公式,侧堰正向放置时其最大相对误差为9.95%,平均相对误差为1.57%,逆向放置时其最大相对误差为9.93%,平均相对误差为0.28%,均满足灌区精度要求;研究了水头损失与流量及堰角之间的关系,堰角越大,水头损失越小,其变化范围为40%~70%之间。     

巴歇尔量水槽水力特性试验研究

巴歇尔量水槽是一种通过明渠收缩段来量水的量水槽.试验在底宽0.3 m、深0.5 m、边坡系数为1的梯形渠道中设计了喉道宽0.25m的标准巴歇尔量水槽进行.试验完成了14组不同流量下的水位、水面线和量水槽上下游16个断面的流速量测.拟合出自由流和淹没流条件下水深-流量公式及上游水深与巴歇尔槽水头损失关系,对不同流量下佛汝德数沿渠身各控制断面的变化情况做了分析,从而可确定出临界水深断面位置,最后对大、中、小三个流量下的冲沙情况做了介绍.     

底坡对U形渠道量水平板测流影响分析

【目的】量水平板具有构造简单、不易淤积等优点,虽已建立流量与平板偏转角、上下游水深及板型等因素的关系式,但底坡对量水平板水力特性的影响还缺乏系统研究,有必要深入分析,以提高量水平板测流公式的适用范围。【方法】以北方灌区常见U形渠道为试验水槽,选择断面最佳收缩比0.439的U形渠道量水平板为试验对象。通过设置3种水槽底坡(0.000 2～0.001)和4～7种流量(10～44 L/s)共18种试验工况,分析了各工况下水面线和平板偏转角的变化规律,研究了底坡对水面线、相对水头损失、能量转化系数、平板偏转角度和综合流量系数的影响。基于闸孔淹没出流公式,拟合出含底坡变量i的半经验流量公式。【结果】在相同流量情况下,板后水跃长度、能量转化系数以及综合流量系数随底坡增大而增大;水面线、相对水头损失和平板偏转角度均随底坡增大而减小;在试验流量范围内,拟合流量公式的平均相对误差为2.6%,最大相对误差为6.5%,满足灌区量水要求。【结论】底坡对U形渠道量水平板测流影响显著,建立了包含渠道底坡的U形量水平板测流公式,提高了其适用性。     

短喉堰淹没出流流量系数试验研究

根据短喉堰在淹没状态下流量计算公式，确定了短喉堰在淹没出流情况下的流量系数与堰上下游水深、堰高、堰渠宽度比有关；通过模型试验，对实测数据进行二元回归分析，得到了淹没出流情况下流量系数的经验公式，并进一步分析了计算的误差。上述结论进一步拓展和完善了前人的研究工作，对于指导实际应用具有重大意义。     

水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统优化试验研究

采用巴赞堰流公式计算流量的水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统通过渠道流量量测与控制试验,验证了其精准的测流功能和智能控制技术的可行性。为进一步提高该测控系统运行的效率和稳定性,减少运行能耗,对矩形薄壁堰堰流公式进行水力试验研究,通过分析堰上水头和流量关系,拟合出矩形薄壁堰流量计算公式。通过向该拟合公式引入修正系数λ=0.848,将测控系统测得的堰上水头数据值代入该拟合公式求得的流量值与电磁流量计测得流量值的差值的平均值为-0.004L/s,标准差为0.119,线性相关系数R2=0.989 1。该拟合公式相对于巴赞堰流公式形式简单、参数较少、运算简便,同时也满足节水灌溉对精准测流的要求,更适用于水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统,对于在灌区推广和使用该测控系统具有重要的意义。     

多孔出流管水流阻力及压强水头分布规律研究

对DN32×20T型三通管(多孔出流支管局部水头损失主要发生位置)进行了局部水头损失试验研究,结果表明光滑紊流区内主管至侧管流向局部水头损失系数1随雷诺数的增大而变化很小,随分流比的增大而增大;而主管至直管流向局部水头损失系数2随雷诺数的增大而减小,随分流比的增大先减小而后增大;并给出了局部水头损失系数1与2的经验公式。与实测值对比得出:提出的沿支管方向毛管进口压强水头经验计算公式具有较高的计算精度;最后,利用本文提出的局部水头损失系数经验公式分析了等距、等流量多孔出流支管局部水头损失与沿程水头损失的比值hj/hf的变化规律,并给出了扩大系数K的经验公式。     

矩形薄壁侧堰水力特性试验研究

侧堰作为一种量水设施,精度较高、结构简单、安装和拆卸方便,较易在灌区应用和推广,有很大的研究价值。对不同宽度和高度的矩形侧堰在缓流条件下进行了试验,分析了各工况下矩形渠道侧堰上、下游水面线、能量分布、流量系数等水力因素。结果表明,主渠道侧堰段能量基本保持不变,符合De Marchi的恒定能量假定;主渠道靠近侧堰边壁、中心线以及另一边壁三处的水面波动程度不同,说明侧堰对堰前水流产生影响;基于De Marchi假定和无量纲分析原理得到的流量公式最大相对误差均在±10%以内,满足灌区量水精度要求。     

迷宫堰流量系数的探讨

迷宫堰与直线堰相比，在相同堰上水头条件下，可大幅度提高过流能力。从因次分析的角度阐述了迷宫堰流量系数的影响因素，并在分析讨论了前人的几种迷宫堰流量系数计算方法的基础上，拟合出迷宫堰流量系数计算公式，可为实际工程应用中提供方便。     

矩形渠道薄壁侧堰水力性能影响因素初探

我国灌区小型渠道量水装置较缺乏,若对渠道进口略加改造即可成为经济实用、装配简便的量水装置——侧堰,但目前对其研究还很不深入。通过理论及试验的方法对侧堰水力性能及影响因素进行了研究。通过对矩形渠道上6种堰高、4种堰宽的矩形薄壁侧堰在10种流量条件下过流特性试验观测,得到59种工况下9个关键断面27个测点的水深,分析了水面线的变化规律、侧堰上游水深及堰高与流量的关系。根据堰流公式,通过对流量系数Cd的探讨,得到Cd与上游佛汝德数Fr1、h1/P、h1/b具有较好乘幂关系的表达式,拟合得出的具有指数形式的矩形薄壁侧堰流量公式简明实用,流量计算的平均误差为3.85%,最大误差小于7.16%。     

梯形渠道跌水口量水的试验研究

跌水是一种较为常见的渠系建筑物,当水流经过跌水口时必然产生缓流向急流的过渡。在梯形渠道上通过2种不同的连接渐变段(扭面与隔墙)以及不同的堰厚和缺口宽度组合,进行了系统的跌水口量水试验,应用量纲分析法建立了2种连接渐变段在不同堰厚下的流量公式,得出流量计算的平均相对误差最大值为3.002%。     

南水北调工程保水堰水力特性研究

南水北调天津干线采用分段低压输水方式后，保水堰作为有压管道中的衔接性水工建筑物，结构独特，流态复杂，在输水系统中起着关键作用。本文通过保水堰的水工模型试验和数值模拟，得到了保水堰的水力特性，即保水堰的局部水头损失系数、流量系数和水流流态随着水位而变化的规律，其成果对长距离调水水力计算和工程设计有重要的意义。     

梯形渠道机翼形量水槽试验

基于Hager对圆锥筒及圆柱体量水槽测流原理分析,推求出梯形渠道机翼形量水槽在自由出流时的流量理论计算公式,指出流量校正系数可由相对水头确定.选择6种收缩比进行了一系列室内模型试验,并根据试验数据建立了相对流量与相对水头的无量纲关系式.结果表明,相对流量与相对水头具有良好的相关关系,流量计算最大相对误差为±3.5%,该量水槽临界淹没度可达0.90,控制断面收缩比为0.372～0.585时可得到较好的量水效果.     

溪洛渡水电站巨型混流式水轮机水力开发

针对溪洛渡水电站机组具有水头高、变幅大和单机容量为770 MW的巨型混流式水轮机水力开发的特殊问题展开研究.从水力稳定性控制的角度,讨论了水轮机水力开发条件,论证了额定转速、单位流量、单位转速、设计水头等4项关键水力参数和导叶相对高度、进出口转轮直径之比等2项关键几何参数的选择原则与匹配关系.并通过研究对比不同水力初设方案,分析不同设计参数可能引发的水力稳定性问题,结果表明:在巨型混流式机组的设计过程中应该选择较低的水力参数进行设计.研究结果显示,通过提高设计水头的水力优化措施既使得转轮叶片进水边背面初生空化远离了水轮机的运行范围,又改善了水轮机高水头部分负荷运行区转轮内的流道旋涡特性.最后根据模型验收试验证明了所采用的水力设计方法具有实际工程应用价值.     

新型梯形量水堰水力特性试验及数值模拟

梯形量水堰因结构简单、测流精度较高而广泛应用在灌区末端渠道上,但现有灌区梯形量水堰存在的测流范围小、泥沙易在堰前淤积问题严重制约着其应用推广,据此提出以改进堰为基础的堰孔组合的新型梯形量水堰.采用量纲一化分析法确定流量公式,并以水工模型试验结果为基础,率定数值模拟模型参数,利用Fluent软件计算获得4种新型梯形量水堰不同流量条件下的水深、堰流流量值、流速分布及速度矢量图,最后通过试验数据拟合出测流公式.结果表明:不同孔口高度的新型梯形量水堰孔口出流对堰上出流的影响随着堰前总水头的增大而逐渐减小;拟合的流量公式简明易用且通用性较高,平均相对误差为2.63%;将模拟结果与试验值做对比分析,二者吻合度较高,平均相对误差为2.53%,说明模拟结果具有一定的可靠性,可为堰孔组合式量水设施的工程设计提供参考依据.     

新型超声波方形量水槽测流误差试验研究

为提高新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流量精度,加强新型超声波方形量水槽在明渠量测水中的适应性,进而推进灌区信息化建设,在超声波方形量水槽前后加设水力收缩段,并引入水力学公式辅助测流,最后与三角堰进行流量误差对比试验研究.研究结果表明:无收缩段的方形量水槽在淹没出流条件下测流误差低于8%;有收缩段方形量水槽在流量大于0.1 m³/s时测流误差低于8%;流量小于0.1 m³/s时收缩段流量公式计算误差小于5%.收缩段和水力学公式辅助测流的方法有效改善了新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流精度,提高了新型超声波方形量水槽在明渠量水中的适用性,为超声波方形量水槽在实际量水中的应用提供技术保障.这种精度高,适应性强,测流简便的新型量水槽节约了明渠量水所需的人力物力,推动了灌区量水信息化的建设进程.     

梯形槽中急流分水的试验研究

本文探讨了在明渠急流中无节制闸侧面分水的水力学问题。通过在可变坡度梯形槽中的水力试验及实际工程的原型观测与整体模型试验,证明了分水闸闸孔的堰流系数是干渠水流Froude数的函数,且与分水闸闸室与干渠之间的连接方式有关。本文给出了可供实际工程应用的计算公式。