U形渠道圆头量水柱水力性能影响因素研究

【目的】基于临界流原理,研究不同因素对U形渠道圆头量水柱水力性能的影响,为其在我国北方灌区的推广应用提供参考。【方法】对U形渠道上6种喉口收缩比(ε=0.75,0.70,0.63,0.56,0.50,0.44)的圆头量水柱在5种流量(Q=0.015,0.025,0.035,0.045,0.055m3/s)、4种渠道比降(i=1/1 000,1/2 000,1/3 000,1/5 000)下的测流公式、适宜喉口收缩比、水头损失、临界淹没度、测流精度等水力性能进行试验研究。【结果】圆头量水柱的驻点水深与流量间存在良好的指数相关关系,相关系数达0.997。根据试验数据回归分析得到了4种渠道比降的流量计算公式,公式符合量纲和谐原理,满足了测流精度的要求,实测流量与计算流量之间最大误差为6.79%;圆头量水柱的适宜喉口收缩比为0.50~0.70时,上游壅水高度和水头损失均较小,且临界淹没度较高,可达0.90。【结论】圆头量水柱具有结构简单、抗淤堵等优点,适合在我国北方多泥沙水源的渠道中应用。     

田间便携式短喉槽的数值模拟

为进一步研究田间便携式短喉槽过槽的水流特性及测流精度,基于临界流原理和RNGk-ε三维湍流模型,利用FLOW-3D软件对喉道宽度为76mm的田间便携式短喉槽在16种工况下的水力特性进行全流场数值计算,获得了时均流场、槽内水流流态、断面流速分布及佛汝德数,并与试验实测值进行对比分析。结果表明:1)模拟流场分布及流态与模型试验情况具有一致性,量测流量范围宽,最大可达40L/s,能够满足田间量水的流量要求;2)水深、断面流速、佛汝德数模拟值与实测值基本吻合,相对误差均小于10%;3)该短喉槽最大水头损失占总水头的12.89%,小于长喉槽最大水头损失占总水头的13%;4)通过回归分析得到了田间便携式短喉槽的上游水深-流量计算公式,其最大测流误差为9.95%,满足灌区量水精度的要求。     

梯形渠道梯形喉口量水槽水力特性初探

【目的】设计一种体型简单、过流能力强的梯形渠道梯形喉口量水槽,为提高小流量时的测流精度和减小大流量时的水头损失提供支持。【方法】对梯形渠道4种喉口收缩比ε(0.427,0.506,0.557,0.681)的梯形喉口量水槽,分别在12种流量(15.39L/s,19.44L/s,23.62L/s,29.39L/s,35.91L/s,39.15L/s,45.00L/s,49.59L/s,54.28L/s,61.15L/s,65.70L/s,71.96L/s)工况下的测流精度、水头损失、临界淹没度、适宜喉口收缩比等水力性能进行试验研究,通过观测15个控制断面的水深分析水面线的变化规律及流量与收缩比、上游水深的关系,并对自由出流条件下的流量公式进行拟合。【结果】梯形喉口量水槽的上游水深与流量间存在良好的指数关系,相关系数高达0.998 6;设计梯形喉口的量水槽有效改善了梯形渠道测流的测流误差和水头损失,喉口收缩比为0.427~0.557时,实测流量与计算流量的最大相对误差为4.643%;喉口收缩比为0.506~0.681时,水头损失最大为上游总水头的12%左右,较长喉道水头损失有所减小;梯形喉口量水槽具有较高的临界淹没度,临界淹没度变化范围为0.85~0.93;综合考虑水头损失及测流精度,较适宜的喉口收缩比为0.506~0.557,喉口倾角为70°~78°。【结论】梯形喉口量水槽为灌区梯形渠道量水槽的设计提供新思路。     

机翼型闸墩量水闸门水力性能试验研究

针对特设量水设施缺少调控功能和传统闸门测流精度低的问题,设计一种以机翼形量水槽作闸墩的新型量水闸门,根据测流原理分析确定试验观测参数,采用水力性能试验的方法,对不同流量Q、不同闸门开度e条件下量水闸门的过流流态变化及流量公式进行研究。结果表明:1)机翼型闸墩量水闸门各流态闸前水流平稳,上游水深和水翅最高点随流量增大而升高,随开度增加而降低;上游水面线的变化随流量增大而变小,随开度增加而变大。2)闸墩的流线体型使得堰孔流的判别阈值(闸门相对开度)发生改变,判别阈值随流量的增大而降低,而后趋于平稳,最低为0.75,高于平底坎平板闸门的判别阈值0.65。3)拟合得到新型量水闸门堰流及闸孔出流的流量公式,与实测流量对比,相对误差小于5%。本研究提出的机翼型闸墩量水闸门既实现测控一体的功能,又保证流量的精准测量,可为灌区量水设施应用及研发提供参考。     

弧底梯形渠道无喉道量水槽水力特性的数值模拟

【目的】研究弧底梯形渠道无喉道量水渠槽的水力特性,为灌区水资源的科学管理和可持续利用提供参考依据。【方法】利用Fluent6.3大型计算流体力学软件,基于VOF方法跟踪自由液面,采用RNGk-ε湍流数学模型和PISO算法,对不同收缩比条件下的弧底梯形渠道无喉道量水槽进行三维数值模拟,分析了弧底梯形渠道无喉道量水槽内部流场以及水位流量关系,将模拟结果和实测资料对比验证,同时进一步分析了弗劳德数、临界淹没度等量水槽各项水力性能。【结果】与传统无喉道量水槽相比,弧底梯形渠道无喉道量水槽具有显著优点:(1)量水槽结构简单,过流顺畅且呈良好的流线型;(2)临界淹没度(S)可达0.89,水头损失小,弗劳德数(Fr)0.5,满足测流精度要求;(3)量水槽水位流量关系相关性较好,拟合公式测流平均误差小于5%。【结论】弧底梯形渠道无喉道量水槽结构可为灌区弧底梯形渠道量水提供新的思路和参考依据。     

抛物线形喉口式量水槽的简化流量公式

用于 U形渠道量水的抛物线形喉口式量水槽原流量公式为隐函数形式 ,针对其使用不便的现状 ,通过理论分析推导出了显函数形式的量水槽流量公式 ,计算结果与原流量公式比较相对误差值 <0 .5%     

臂坡对堰槽组合设施测流影响分析

针对堰槽组合设施在遭遇洪水、水位较高时引发的坡脚掏蚀、岸坡冲刷崩塌等问题，将设施两侧堰顶设置一定坡度，形成向槽内倾斜的臂坡，使水流向设施中部集中，减少对两岸边坡的冲蚀。采用水力性能试验的方法，对3种臂坡(0，1/16和1/8)在12种流量(6~61 L/s)条件下的中垂面水深、弗汝德数沿程变化规律、臂坡对设施泄流能力的影响及流量公式进行研究。结果表明:1)3种臂坡下的堰槽组合设施水深沿程变化相似，随着臂坡的增大，中垂线上游水位壅高增大，两侧堰靠近岸坡一侧的堰上水深减小，明显减少了水流对两岸边坡的冲蚀；2)臂坡对临界流断面位置影响较小，集中出现在排淤量水槽梯形窄段的后半段；同一流量下，堰槽组合设施的流量系数随臂坡的增大而减小；同一臂坡下，堰槽组合设施的流量系数随着流量的增大而减小；3)相对水头较小时，流量系数变化明显，相对水头较大时，流量系数相对稳定，将流量系数分为变动流量系数和稳定流量系数2个区，并分别拟合出不同臂坡条件下的流量计算公式，与实测流量相比，臂坡为0、1/16和1/8时，相对误差绝对值的最大值分别为2.22%、2.37%和2.21%，平均相对误差分别为0.88%、0.95%和1.15%。此外，在流量为11 和21 L/s时，臂坡的增大使得流量公式计算值的相对误差由-2.22%降至-0.44%和由2.35%降至-0.24%。综上，臂坡的存在能够减少水流对两岸边坡的冲蚀，对临界流断面的影响较小，增大臂坡还可有效提高堰槽组合设施在小流量情况下的测量精度。     

抛物线形喉口式量水槽的简化流量公式

用于Ｕ形渠道量水的抛物线形喉口式量水槽原流量公式为隐函数形式,针对其使用不便的现状,通过理论分析推导出了显形式的量水槽流量公式,计算结果与原流量公式比较相对误差值〈０．５％。     

双曲线型薄壁堰泄流规律的数值模拟

【目的】推求双曲线型薄壁堰堰流的基本方程式,确定双曲线型薄壁堰的流量系数,为实际工程中流量的控制和测量提供参考。【方法】根据双曲线构建了双曲线型薄壁堰,通过能量方程式推导其流量的计算公式;数值模拟了4种不同堰顶水头的过流能力,根据模拟的流量数据利用最小二乘法拟合流量与堰顶水头的关系式,与理论推求的堰流基本公式相结合确定双曲线型薄壁堰的流量系数,辅以RNGk-ε湍流模型数值求解气液两相流时均方程;使用半隐式SIMPLE(Semi-implicit method for pressure-linked equations)算法求解速度与压力耦合方程组,并用VOF(Volume of fluid)法模拟自由水面。【结果】理论公式计算的流量与数值模拟的流量相差甚微,相对误差在0.3%以内,证明本研究推求公式正确。【结论】双曲线型薄壁堰的流量与堰顶水头成正比关系,该关系为流量的控制和测量提供了便利。     

圆柱式滴头内镶及外包对滴灌毛管水力特性影响的模拟研究

目的 研究圆柱式滴头镶嵌方式对滴灌毛管水力特性的影响。方法 对2种内镶式滴灌毛管和1种外包式滴灌毛管进行灌水试验,同时采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对3种滴灌毛管进行数值模拟并验证。在此基础上,对不同滴头流量下内镶式及外包式滴灌毛管水头损失及铺设长度进行模拟计算。结果 滴头内镶式及外包式滴灌毛管总水头损失模拟值略低于实测值,滴头外包式滴灌毛管模拟值与实测值相对偏差较小;滴头镶嵌方式对滴灌毛管水力特性影响显著,滴头外包式滴灌毛管相较滴头内镶式滴灌毛管总水头损失较小,总水头损失减小比例超过49.2%,且随滴头流量增加总水头损失减小比例逐渐增大;滴头外包式滴灌毛管最大铺设长度较滴头内镶式滴灌毛管更长,长度增加了21.6%~56.9%;滴头内镶式滴灌毛管总水头损失相对更大的主要原因是断面流速再分布引起压力梯度急变消耗了大量水流能量。结论 滴头外包式滴灌毛管水力性能优于滴头内镶式滴灌毛管,对于长距离经济作物滴灌系统设计,可优先考虑滴头外包式滴灌毛管。     

Three-dimensional numerical simulation of flow in trapezoidal cutthroat flumes based on FLOW-3D

To solve the common problem of flumes flow-measurement accuracy without sacrificing water head, a new type of trapezoidal cutthroat flume to measure the discharge in terminal trapezoidal channels is presented. Using the computational fluid dynamic method, three-dimensional flow fields in trapezoidal cutthroat flumes were simulated using the RNG k-ε three-dimensional turbulence model along with the TruVOF technique. Simulations were performed for 12 working conditions, with discharges up to 0.075 m³·s⁻¹ to determine hydraulic performance. Experimental data for the trapezoidal cutthroat flume in terminal trapezoidal channel were also obtained to validate the simulation results. Velocity distribution of the flume obtained from simulation analyses were compared with observed results based on time-averaged flow field and comparison yielded a solid agreement between results from the two methods, with relative error below 10%. The results indicated that the Froude number and the longitudinal average velocity increased along the convergence section and decreased in the divergent section. In the upper throat, the Froude number was less than 0.5, which meets the water measurement requirement, and the critical flow appeared near the throat section. The maximum water head loss of the trapezoidal cutthroat flume was less than 9% of the total head, compared to the rectangular cutthroat flume, and head loss of trapezoidal cutthroat flume was significantly less. Regression models developed for upstream depth versus discharge under different working conditions were satisfactory, with a relative error of less than 2.06%, which meets the common requirements of flow measurement in irrigation areas. It was concluded that trapezoidal cutthroat flumes can improve flow-measurement accuracy without sacrificing water head.     

圆缺孔板节流式量水计不同截径比量水特性的试验研究

作者在移植改进和试验PVC管、截径比0.5的圆缺孔板式量水计成果基础上,采用石棉水泥管制作的方法,进行了不同截径比量水特性的试验研究。结果表明,各截径比的流量系数及水压差与流量的关系较稳定,相对误差均<2.O％;不同截径比的测流精度均<3.0％;角接测压与等径距测压的流量系数相差甚微,测流精度接近,但前者测流界限稍宽,水头损失较大。     

The Discuss of the Formula of Flow Loss and Water Using Coefficient on Seepage Proofed Channel

On the basis of the analysis about present water resource situation in China,the disadvantage of the formula of low loss and water using coefficient on anti-seep channel which have been applying in channel design and water saving irrigation administration will be indicated in the paper.The characteristics of that the loss of conveying water is changeable with the flow changing have been take into account in the new formula.The formula is validated by the example of middle permeable channel(A=1.90,m=0.40).The calculate result is more precision.Also some formula has been given,they can be referred to the worker of the irrigation administration.     

论休闲体育教育价值中人的生命价值与实践

针对目前圆形断面临界水深普遍采用的试算法、图表法存在计算误差大、适用范围小的缺点,提出一种新的近似计算公式。通过对圆形断面临界流公式的数学变换,得到其临界水深的数学模型,并采用最小二乘法进行编程计算,得到了一种求解圆形断面临界水深的新近似直接计算公式。实例计算及误差分析表明,在工程实用范围内该公式最大相对误差小于1%。与现有圆形断面临界水深的计算公式比较,该计算公式计算便捷且适用范围广,可供工程实际参考应用。     

黄淮海平原水盐调控灌排一体化渠系规划与设计

针对黄淮海平原水土资源短缺和农田灌排系统不完善问题,根据水量平衡原理和灌排理论,结合不同典型区的灌溉排水特点,提出黄淮海平原明渠灌溉排水一体化渠系规划布置设计方案,编制了渠系布置参数计算软件,分析不同典型区渠道参数的主要影响因素和变化规律。结果表明:在灌溉排水控盐区以及灌溉排水并重区,渠道间距随地下水位埋深和排渍时间的增大而增大,但随排渍深度的增大而减小。渠道间距随着土壤质地由粘性到砂性的转变而逐渐增大。在灌溉排水补源区,渠道深度和渠底宽度随设计流量的增大而增大,但随渠底坡降的增大而减小。与传统渠系布置相比,在灌溉排水补源区的一体化渠系布置可减少渠系占地面积约55%,工程土方量70%。     

节制闸开度对分水口流速分布的影响

研究节制闸在调节分水口水位和流量时,闸门开度对分水口附近流速和泥沙分布的影响.采用梯形渠道分水口水力特性试验和数值模拟相结合的方法,对不同闸门开度下闸前主渠道沿程水深的变化规律及闸门开度对分水口附近流速的影响进行研究.结果表明:1)主渠道水深模拟值和实测值的决定系数R2、纳什系数NSE和均方根误差RMSE分别为0.89...     

丁坝对弯道水流紊动的影响

根据RNG k-ε湍流模型及Reynods方程,利用VOF法追踪自由表面,有限体积法离散求解,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法研究了不同角度下,丁坝对弯道水流特性的影响。重点分析了丁坝对弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明,在丁坝影响下,弯道水流横向水面横比降计算公式需要进行修正,应当考虑到丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响。该研究为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了基础,也为相关的工程实践提供了参考。     

基于最大类间方差法和数学形态学的遥感图像潮沟提取方法

潮沟作为潮滩的主要地貌类型之一,以长江口九段沙为研究对象,利用2015年2月15日获取的Landsat 8分辨率为15 m的全色波段遥感数据为数据源,选取了3条发育不同的潮沟。首先利用顶帽变换来消除直接利用最大类间方差法对图像亮度背景不均匀不能准确分割的问题,然后通过最大类间方差法找到一个最佳的阈值使潮沟和背景之间方差最大,得到二值化图像;接着通过形态膨胀对断裂的潮沟进行连接,并用形态去除方法剔除非目标;最后对潮沟进行骨架化提取和去除短枝处理,得到完整的潮沟信息骨架图。采用视觉分析和定量分析对提取的潮沟信息进行精度评价。结果表明,最大类间方差法和数学形态学的结合对潮沟信息提取有较好的效果,平均准确度达到93.0%,遗漏误差和冗余误差分别为7.0%和0.5%。