U形渠道平板闸门过流能力试验研究

【目的】实现U形渠道闸门测流,设计U形渠道平板闸门并进行试验研究,分析其水力性能,建立流量公式。【方法】流量范围10～50 L/s内,控制闸门开度e,进行U形渠道平板闸门过流能力试验,根据沿程水深、佛汝德数Fr、水头损失等水力参数分析了U形平板闸门孔流与堰流分界点的判定依据及过流能力,建立了不同流态的闸孔出流公式。【结果】U形平板闸门孔堰流判定依据相对开度e/H(H为闸前稳定水头)接近1,Fr沿程分布规律较统一,平均相对水头损失达7%,流量公式误差小于3.5%,不易出现自由出流。【结论】U形平板闸门水头损失较小,水力性能较优,流量公式的测流精度较高,可为灌区U形渠道流量测量提供依据。     

基于约束阻尼层的弧形钢闸门减振分析

为了控制弧形钢闸门因流激荷载引起的过大振动,在闸门支臂上设置约束阻尼层减振,以保证结构的整体安全运营。首先利用模态应变能法和复模态法分析约束阻尼层的动力参数,并与精确解对比,选用复模态法计算钢闸门动力参数。基于空间有限元理论,通过模态应变能分布集度和动力计算参量,确定合理的约束阻尼层设置位置及其物理尺寸。利用精细积分法,分析了钢闸门设置约束阻尼层前后的流激荷载响应值,结果表明:约束阻尼层能有效降低闸门的流激荷载响应。研究成果为约束阻尼层在水工结构中减振设计提供了可靠的设计依据。     

水工弧形闸门流激振动的改进简化力学模型

对弧形闸门危害性的流激振动进行振动控制，其中前提之一是对闸门模型做适当的简化。利用三维有限元方法计算的结构动力特性与简化结构动力特性相等的原则修正弧形闸门简化力学模型，并确定了等效的弧形闸门三维简化结构模型和系统参数。分析和计算表明，建立的简化三维力学模型较好地反映了弧形闸门结构的动力特性和随机脉动压力下的振动反应，可用于安装阻尼器的弧形闸门的智能控制设计。     

明渠平板闸门过闸流量特性研究

为研究中小型矩形渠道平板闸门自由出流状态下的流量特性,利用渠道水力学测试平台,对渠道平板闸门过水性能进行试验研究.通过测试闸门开度、上游水位、流量,利用Garbrecht公式、杜屿公式、武汉水利学院公式对过闸流量进行计算,并与实测流量等数据进行对比,结果发现三者偏差均较大.为进一步提高过闸流量计算精度,采用最小二乘法原理对实测流量系数μ0与闸门相对开度e/H0进行二次多项式拟合,获得了新的流量系数计算公式;比较分析该公式的计算结果与Garbrecht公式、杜屿公式、武汉水利学院公式,发现该公式的相对误差最大值、平均相对误差都减少了16.49％、17.23％以上,变差系数也位于一个较小值,且在标准的允许范围内.研究结果表明,对该类型的平板闸门,本文拟合的二次多项式公式精度更高,适用性更好,能够满足灌区量测精度要求.     

宽顶堰平板压差式量水闸过流规律

灌区水量的测量问题正日益受到关注。对于平原灌区，研究利用以淹没出流为主的工作闸门进行渠道量水具有现实意义。基于孔板式流量计的测流原理，提出一种平板压差式量水闸门。选择不同闸门开度e与闸门上游水深H组合，通过室内试验研究分析了闸孔淹没出流的相关测流规律，得出实用的流量系数经验公式。结果表明，该型闸门结构简单，取压方便，量水精度较高，集水位流量调控与测量为一体，适合应用于平原灌区。     

弧形闸门物理模型试验分析研究

弧形闸门具有启闭力小、过流流态好等优点,但是弧形闸门在高淹没度条件下启闭时,水流脉动压力会对门体的安全运行造成极不利的影响。结合某水利枢纽工程实例进行弧形闸门的物理模型试验,对闸门在不同工况下的流态、动水压强、闸门启闭力和支铰推力进行了观测或分析。试验结果显示,当上下游水位差较大、闸门开启高度较大时,闸门后会形成明显的强烈漩滚,而且水流漩滚对闸门有明显的拍击作用,闸门上下游面板的时均动水压强总体上呈底部大、上部小的分布规律。最大启门力为3 145kN,没有超过启闭机的容量。随着闸门挡水水位的升高,支铰推力也随之增加,最大支铰推力为12 475kN。基于以上结果,为闸门的安全运行提出了一些措施和建议。     

大型渠道弧形闸门过流公式测试比较

[目的]利用大型渠道实测数据,评估不同弧形闸门过流公式的适用性和性能.[方法]以南水北调中线干渠严陵河闸为对象,收集约18000组监测数据,分析不同工况下的闸孔出流特性,测试国内外常用的7种过流公式.[结果]实测闸下收缩断面弗氏数位于0.152～0.985区间,超出了南科院(NHRI)经验公式的适用范围;实测孔堰流分界...     

新政航电泄洪弧形闸门水动力特性

水流诱发闸门振动是水利工程中一项重要研究课题，根据闸门流激振动水弹性试验模拟原理，结合嘉陵江新政航电泄洪弧形闸门设计了水弹性模型。并在此基础之上进行了不同开启程度的闸门水动力荷载测量试验以及流激振动应力、位移响应试验，并对该闸门进行了动力安全分析，提出了避免闸门产生有害振动措施和建议。     

苏丹Merowe大坝低位泄水洞弧形工作闸门流激振动试验

苏丹Merowe大坝低位泄水洞弧形工作闸门已运行3年,每年汛期其水封系统、出水口耐磨钢衬均出现不同程度的损害。为探究闸门在运行中是否存在危害性振动导致病害发生,制作几何比尺为1∶15的水弹性模型进行流激振动试验。6种水位条件下,对弧形闸门分别进行静力试验和动力试验,以此评估闸门的流激振动安全性。试验结果表明该闸门结构受力均匀,闸门实测最大静应力为-76.19MPa,最大动力放大系数为1.11,符合闸门设计规范,闸门强度有较大的安全储备;闸门最大振动加速度为0.597 g,通过与国内有关工程资料的比对,判定闸门振动强度处于中等以下,没有可见的剧烈振动现象发生,从而推断水封系统的病害并非闸门流激振动所致,其真正原因有待进一步研究探讨。     

淤泥对弧形钢闸门启门力影响的计算方法

为了估算泥沙淤积对弧形钢闸门启门力的影响,提出了一个计算公式.该公式将门前淤泥考虑为由粗细颗粒组成的宾汉体,同时考虑了泥沙附着力的力矩、梁格中附带泥沙重力的力矩、转动铰摩阻力的力矩、止水摩擦力矩、下吸力的力矩以及闸门重力和外加重力的力矩对弧形钢闸门启门力的影响.并利用该公式计算的弧形钢闸门启门力和西洱河二、四级电站泄洪闸门的实测资料进行对比得出：在门前泥沙淤积厚度较低的情况下,弧形钢闸门的启门力矩主要由闸门重力和外加重力决定,但是由泥沙引起的启门力矩变化也是不容忽视的,是导致闸门开启困难的影响因素之一,因此在设计过程中应充分考虑泥沙淤积对闸门启门力的影响,制定出合理的操作和维护方案,以防止闸门启闭困难情况的出现;该公式在计算门前有泥沙淤积情况下的启门力时,其计算精度能够满足工程实际需要.     

流固耦合作用对离心泵内部流场影响的数值计算

采用双向同步求解的方法对离心泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究了叶轮流固耦合作用对离心泵内部流场的影响.流场模拟基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法;结构响应基于弹性体结构动力学方程.并将计算所得的流道网格变形、流场静压和速度的分布以及径向力等结果与非流固耦合计算的流场进行对比分析.分析结果表明,流固耦合作用使得流体和固体区域计算网格发生微小变形,这不仅会改变流体对固体载荷的分布,而且会影响结构对流体的做功作用,从而影响流场的分布;叶片相对隔舌不同位置时,叶轮出口处和蜗壳流道内流场的静压分布变化趋势不同;流场速度变化主要出现在叶片和叶轮出口附近;各时间点上径向力的大小和方向变化较明显.     

Mathematical modeling of open-channel velocity profiles for float method calibration

A computational method based on mathematical modeling of steady-state hydraulics is described for improving the accuracy of the float method for estimating open-channel discharge. Both two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) velocity distribution model versions were developed for steady-state uniform flow in open channels with rectangular cross-sections. The normal depth of flow was obtained by solving the Chézy equation for uniform flow conditions. Cross-sectional velocity distributions were calculated by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and an algebraic model for turbulent stresses, without the use of wall proximity corrections to the pressure strain term. The calculated 3-D velocity coefficients were found to be in the same range as previously published United States Bureau of Reclamation (USBR) coefficients, but the results also indicate that the USBR coefficients, which are based solely on average water depth, can be improved by taking into account other hydraulic parameters such as longitudinal bed slope, channel base width, and wall roughness. The mathematical model exhibited considerable sensitivity to initial conditions, boundary condition parameters, and numerical convergence criteria, also manifesting spikes in the calculated surface velocity coefficients for discrete changes in hydraulic parameters. Finally, it was found that the 2-D version of the model is not appropriate for calculating surface velocity coefficients because it does not account for secondary flow in the channel cross-section, and the calculated surface velocity in the center of the cross-section is overestimated.     

非对称体边界下三维紊流模型的建立和验证

对于斜向进水、侧向泄水条件下的圆形消力井，基于井内水流紊动射流分区的半经验公式法，可以对淹没射流条件下的水股作用力进行机理分析，并推导得出射流沿程最大流速及冲击区井壁时均作用力表达式，但尚不能完全揭示其内部复杂的紊动水力特性。利用紊流理论的数值模拟可以更好地描述圆形消力井流场内部各处的时均流及紊动特性:根据区域形状特点，对流场的空间域和时间域进行剖分离散，由不规则边界紊流Navier-Stokes方程掺气影响统计演化建立了三维封闭可求解雷诺应力方程组。基于实际工程的数值分析成果表明，三维紊流模型可行有效，能够用于非对称体边界条件下的空间流场计算。      

串联机构运动学反解的D-H四元数方法

普通四元数方法在串联机构运动学反解时存在方程数量不足和求解困难的问题,为了解决这些问题并建立新的串联机构运动学反解方法,提出串联机构运动学反解的D-H四元数方法。首先给出了包含D-H参数的四元数变换通用方程式,提出将四元数变换方程式分离为位置和姿态两个方程式,这两个方程式可构造出含有7个方程的方程组,使方程数量满足4R以上串联机构运动学反解的要求。为了降低方程组的求解难度,提出了取姿态方程中三角函数的一半组成新的姿态方程,将方程次数降低为原来的一半。采用所提出的D-H四元数方法对PUMA机器人进行运动学反解分析,得到了该机器人的8组反解。根据所求得的8组解,建立了PUMA机器人的8个位姿的三维模型,并测量了PUMA机器人三维模型的末端位姿数值,与所给末端位姿数值完全相同,验证了所提出的DH四元数方法的正确性和有效性。     

灌溉渠道流量调控模型

本文根据Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ方程和闸孔出流方程建立了一个比较简单的渠道流量调控模型，可以预报配水方案下整个渠系的运行状态和闸门调节过程，并可选择系统最佳运行方案，对渠系用水管理和工程管理有很大帮助。文中还讨论了建模过程中应考虑的一些问题及处理方法，通过实例验证，得到了令人满意的结果。     

基于非恒定渐变流-急变流方程的变流量畦灌数值模型

传统畦灌模型多是基于非恒定渐变流方程建立的,在模拟变流量畦灌水流运动时的精度难以保障。本文综合分析了变流量畦灌过程中田面水流的运动状况,将其按照边界条件的不同划分为恒定流量进水阶段、变流量进水阶段、畦首消退阶段、田面消退第1阶段、田面消退第2阶段等5个阶段,基于非恒定渐变流方程和非恒定急变流方程构建了适用于变流量畦灌系统的渐变流-急变流数值模型,通过2组恒定流量畦灌、4组变流量畦灌的田间试验以及2组文献资料中的畦灌试验数据对模型进行了验证。结果表明,渐变流-急变流畦灌模型模拟值与现场实测结果吻合较好,模拟推进时间决定系数R2均大于0.96、模拟消退时间R2大于0.90。与目前常用的WinSRFR模型相比,渐变流-急变流畦灌数值模型在模拟恒定流量畦灌方面具有相似的精度,且在模拟变流量畦灌方面精度更高。渐变流-急变流畦灌模型可以较精准地模拟变流量畦灌的水流运动状况,可为分析变流量畦灌系统、优化变流量畦灌方案提供支撑。     

串联倒虹吸渠系的P＋PR控制

渠系中串联倒虹吸后引起水流的改变，影响了渠系的动行状态。利用圣维南方程组的特征线法、闸门同步操作技术P＋PR（比例＋比例复位）算法，建立了串联倒虹吸渠系的控制模型，并对编程对控制过程进行适时模拟。模拟结果表明：该模型在较大的流量变化条件下，运行稳定、响应速度快、过渡时间短、超调量小。     

交错叶轮双吸离心泵空化特性研究

为了探究交错叶轮双吸离心泵的空化性能,结合Rayleigh-Plesset空化模型和RNGk-ε湍流模型,对一叶轮两侧叶片进行交错布置结构的双吸离心泵内部空化流动进行了数值模拟,分析了空化对泵内压强分布的影响,绘制了空化特性曲线,并分析了不同工况下叶轮所受径向力,同时研究了空化对叶轮叶片空泡体积分数及泵内湍动能分布的影响。结果表明,交错叶轮双吸离心泵空化特性同常规离心泵空化特性具有一致性,空化对叶轮所受径向力大小以及湍动能分布都有较大影响。     

葡萄冷链品质的时间-温度指示器模糊推理预测

为了验证和评价变温环境下时间-温度指示器(TTI)响应值预测农产品品质的适用性,构建了TTI模糊推理预测方法。TTI模糊推理预测是依据拟合程度高的恒温试验农产品品质实际变化经验方程,以及尽可能准确描述任意有效温度与恒温温度之间关系的隶属度函数构建预测模型,实现对任意有效温度下农产品品质预测值计算。同时设置了高低温变温试验模拟鲜食葡萄冷链物流温度特征,用上述方法对Vitsab M25-2、OnVu TTI预测玫瑰香葡萄硬度进行了参数估计与模型建立,并与TTI动力学预测值进行了对比。结果表明,面向鲜食葡萄品质感知的TTI模糊推理预测在低温下相对于TTI动力学预测有所改进,平均相对偏差分别减小了6.03个百分点和2.70个百分点;在高温下没有改进。因此在低温下可选择模糊推理预测方法。