用宽深系数计算渠道过水断面

在明渠均匀流计算公式?中,明渠的边坡系数m、糙率系数n和底坡i值,根据明渠的地形、地质、护面材料、施工条件和水流泥沙含量等可以预先确定,流量Q根据明渠所担负的任务来确定,而明渠的过水断面则需通过计算确定.我们利用宽深系数α=b/h作矩形、梯形明渠均匀流水力计算,比较简便.仍用明渠均匀流公式计算其断面:     

梯形明渠均匀流渠底宽度的直接计算公式

传统梯形明渠均匀流的水力计算既不方便,又误差较大。通过对梯形明渠均匀流基本方程中流量模数K的数学变换,得到计算其渠底宽度的迭代公式,并从数学上证明了迭代公式的收敛性;根据工程实践及数值计算选取恰当的迭代初值,从而得到渠底宽度的直接计算公式;实例计算及误差分析表明,在工程实用范围内该公式相对误差满足工程设计的精度要求,而且简便准确,不依赖图表,是一种行之有效的计算方法。     

基于水动力学模型的灌溉渠道水流量水方法研究

流量和水位是灌溉渠道水流流动的基本特征参数,是灌区水管理者进行调度决策的依据。标准断面量水法或者均匀流公式是最常见的方法,在上下游条件变幅较大或者变化频繁的情况下,标准断面量水法中采用的公式和均匀流公式不再适用。本文提出了两点水位量水法,在灌溉渠道上沿程选择两个断面,实时测量断面的水位变化,通过求解水流控制方程得到断面的流量。计算结果表明,与均匀流公式相比,基于水动力学模型的两点水位量水法可以提高流量监测的精度。     

渠道断面设计的简易算法

在规划阶段,选择渠道断面要经过繁琐的水力计算。笔者根据工作体会,整理了一套适于中小型渠道断面的水力计算表格,只需经过必要的简易计算和图解,即可迅速求出各种设计条件下的水力要素资料。现简介如下,以供参考。一、制作原理明渠均匀流的流量公式为:     

马蹄形无压隧洞恒定渐变流水面线计算的新解析法

对马蹄形无压隧洞的恒定非均匀流沿程水面线进行了深入研究,基于恒定渐变流基本微分方程,通过采用数值分析理论,得到流程S与始、末段水深h1、h2的解析函数,通过该函数可直接计算沿程水面线。该方法比《水工隧洞设计规范》中推荐的分段求和试算法更简单、便捷,特别对水深较敏感段,规范推荐试算法误差较大,并且逐段试算推求水深将导致末端断面水深误差逐步累积,导致误差大,精度下降。最后通过工程实例计算比较得出：新解析法计算成果与规范推荐法（程序）计算成果基本一致,甚至优于规范推荐的分段试算法,完全满足工程实践要求。     

基于断面比能和大数据的明渠量水方法及其应用研究

根据明渠恒定渐变流形成条件和水力特性,以断面比能为理论依据,采用迭代法计算明渠流速、流量,构建了基于断面比能和大数据的新型明渠双水位量水方法。通过在冶河灌区实际应用,对采集的水深数据和实测的流量数据进行大数据计算,得出不同上下游水深对应的水力坡度和流量,提出糙率按水深和时段分区取值,并在此基础上绘制明渠恒定渐变流Q～H_s～ΔH关系曲线,分析实际工程中时段、边壁条件对糙率系数的影响,阐述明渠量水段应具备的条件。该方法理论依据充分,糙率取值较合理,流量精度较高,研究结果可为灌区量水技术方法创新和应用提供参考。     

平底抛物线形复合渠道水力最佳断面计算方法

为了解决抛物线形断面应用在大中型渠道上存在深度大、工程量大等问题,提出了一种水平渠底和平方抛物线形渠坡的抛物线复合断面渠道,推导出了过水断面面积、湿周的计算公式,并根据明渠均匀流理论,建立了平底抛物线复合渠道水力最佳断面情况下的流量和水深关系式,借助Mathcad软件计算出最优宽深比,推导出了平底抛物线复合渠道水力最佳断面水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式.通过实例计算,当流量Q为30 m³/s时,在水力最佳断面情况下,平底抛物线复合渠道的水深H₀为2.904 m,水面宽度B₀为6.278 m,过水断面面积A₀为13.604 m²,因此,相同流量下平底抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.7%,比弧脚梯形渠道减小了0.2%,表明平底抛物线复合渠道是一种比梯形和弧形坡脚梯形渠道更为优越的渠道断面形式.     

灌溉渠道优化设计方法研究

根据明渠均匀流原理,推求灌溉渠道设计的最佳水力断面法和实用经济断面法,通过对2种设计方法优化对比分析,提出了实用经济断面法在灌溉渠道设计中的实用性,据此确定渠道横断面结构尺寸和不冲不淤流速的约束条件。根据渠道纵断面设计原则,确定干渠和各支渠取水口要求的控制水位的计算方法,确定渠道水位衔接的约束条件。根据渠道挖填平衡原则,确定了灌溉渠道工程量与渠道填方量、挖方量、渠道比降和填方损失系数等有关的非线性函数,该结论为灌溉渠道优化设计提供技术支撑。     

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.     

半立方抛物线形渠道正常水深算法

为了给半立方抛物线形渠道断面正常水深的计算提供一种简捷、通用、精度较高的显函数计算公式,根据迭代理论并采用优化计算确定初值函数的方法进行分析研究.通过引入断面特征水深的概念,对半立方抛物线形渠道正常水深的基本方程进行变换处理,推导出收敛速度较快的迭代公式,并证明了公式的收敛性;在断面特征水深范围即无量纲正常水深H∈[0.025,40]范围内,对迭代公式进行优化计算,取得合理的迭代初值函数;合理初值与迭代公式的配合使用,得到半立方抛物线形渠道断面正常水深的显函数直接计算公式,并对公式进行了误差分析以及用工程实例进行了验证.结果表明：在工程常用的断面特征水深范围内,正常水深的最大相对误差小于0.3%,计算公式具有形式简单、精度高、适用范围广的优点,该研究为排灌渠道的断面设计以及渠道流量控制时求解均匀流水深提供了简捷方法.     

输水渠道设计中糙率取值的模型分析

【目的】研究在输水渠道设计中,糙率与影响设计断面各水力要素之间的关系。【方法】主要是通过水工模型试验,测定不同流量下各水力要素值,通过分析比较,总结得出影响渠道输水能力的参数取值及水力要素的相互关系。【结果】(1)经试验分析得知在输水渠道设计时,某一输水区段内水面曲线和流量的关系并不是线性关系。(2)同一底坡下,输水渠道时沿流程水流流速减小。(3)糙率的取值不仅取决于材料,还取决于某一流段内水流的流态。【结论】渠道某一流段内断面水深和流量的关系并不是简单的线性关系,因此,在设计中要针对不同渠道断面形状,通过模型试验结合渠道水面曲线理论计算确定;设计输水渠道的糙率值的取用,并不能单纯取用糙率取值范围的中间值,而是针对水流流态及施工水平和运行年限综合确定。当流量在(2.41～2)×10~(-3) m~3/s时,取0.008作为计算值应用;当流量在(2～0.9)×10~(-3)m~3/s时,取0.008 5作为计算值应用。     

曼宁公式应用在急变流的探讨

<正> 一、问题的提出 曼宁公式是水利工程中(如水电站、排灌、灌渠建设和规划),进行河渠水力计算时,应用最为普遍的重要公式。一般认为它适用于明渠均匀流和非均匀流的渐变流,而在急变流中是否也可应用曼宁公式呢?这是本文所要讨论的问题。 1.曼宁公式应用于明渠均匀流 明渠均匀流水力计算的基本计算公式为谢才公式,即 V=C(Ri)~(1/2)式中C——谢才系数,采用曼宁公式C= 1/nR~(1/6) V——河渠断面平均流速     

筒装料管道水力输送动边界流压力特性

为深入探讨筒装料管道水力输送过程中同种型号双车运行时所产生的动边界条件下有压管道内部断面压力分布以及压降特性问题,对型号100 mm×60 mm、荷载750 g的管道双车在30,40,50,60,70 m³/h等不同流量作用下两车车身环隙断面、车间断面的压力分布以及车组沿程压降特性进行试验研究和分析,两车运行时车间距离条件为10 cm.研究表明:当流量增大时各测试断面压力值增大;双车车体沿程压力呈现先减小后增大的趋势;沿水流方向,后车引起的压降值明显高于前车;后车环隙断面内,自固定边壁向动边界压力值呈现“降-升-降”趋势,前车环隙内则为总体下降趋势,且后车环隙压力梯度高于前车;不同流量条件下,车间断面内压力分布基本为管道边壁附近值较大,内部值较小,且分布不均匀,压力梯度随流量增大而增大.     

一维模型模拟局部溃坝洪水方法的合理性验证

用一维非恒定流数学模型进行局部溃坝水流模拟计算时,由于坝址断面的水流存在间断,溃口处的流量不能通过模型本身算出,须引用水力学中的堰流流量公式。为验证宽顶堰流流量计算公式用于局部溃口流量过程计算的合理性,本文采用平面二维数学模型对其进行了验证计算。一维数学模型与二维模型计算得到的溃坝流量过程符合良好,流量峰值差值在 5%以内,与局部溃坝坝址最大流量计算经验公式结果也很接近。表明一维数学模型模拟局部溃坝时,溃口断面处的流量采用一般宽顶堰流量计算公式是可行的。     

沟灌简易量水槽水力性能探究

提出了一种针对小流量的、制作安装简易的量水设备--便携式三角形喉道量水槽.该量水槽的原型过流试验在9种流量(0.90,1.44,1.88,2.36,2.84,3.36,3.92,4.57,4.90 L/s)的自由出流和淹没出流工况下进行,设置于断面形式与田间灌水沟相近的U型渠道内,通过测量量水槽内13个控制断面水位,对水面线、傅汝德数、临界淹没度、测流精度等水力性能进行试验分析.三角形喉道量水槽的过槽流量与上游水深具有良好的乘幂关系,复相关系数达到0.999 5;拟合得出自由出流和淹没出流状态下的水深流量公式,计算流量与实际流量比较,平均误差和最大误差均在5%以内.分析了不同流量工况下傅汝德数变化规律,进而确定了临界水深断面产生的具体位置在喉道段后半段,距离量水槽进口为334~355 mm;该三角形喉道量水槽的临界淹没度稳定,范围为0.80~0.86;单个量水槽的流量适用范围为0.90~5.00 L/s.     

基于水动力耦合模型的平原地区排涝规划

针对滨海平原感潮河网地区水系流态复杂、受边界条件和工程调度影响显著的特点,遵循充分发掘水系调蓄能力、多闸联调和水闸优先抢排的原则,对感潮河网和湖泊分别构建一维和二维水动力数学模型,利用2种模型模拟水位、流量相等的条件,对一维和二维水动力数学模型进行耦合.以辽东湾新区水系排涝规划为例,对4种设计方案进行了分析对比,得出了河道断面和排涝闸门规模.结果表明：方案一和方案二中,河道断面尺寸不变时,排涝闸门规模偏小,造成上游水位偏高;方案三和方案四中,排涝闸门规模不变时,扩大河道断面尺寸对域内水位影响不大.从排涝能力和经济等角度综合考虑,选取方案四为最优方案.计算结果较好地反映了滨海平原感潮河网地区河道断面尺寸和排涝闸门规模对排涝能力的影响,可为区域工程设计和制定排涝方案提供技术保障.     

断面形状对隧洞围岩稳定性的影响分析

采用ANSYS软件分别对圆形断面、矩形断面、直墙圆拱形断面、蛋壳形断面形状的水工隧洞开挖进行了有限元分析计算。通过各种断面隧洞开挖后的位移、应力和塑性区的分析,对四种断面形状进行了优选。结果表明：圆形断面隧洞洞顶出现的沉降量最小,洞周应力分布均匀,出现的最大拉应力最小;矩形隧洞洞周围岩的沉降值和最大拉应力最大,应力集中程度和塑性区范围也最大;蛋壳形隧洞的洞周位移应力值和塑性区范围仅次于圆形隧洞。综合考虑隧洞的使用空间、造价等因素后,认为蛋壳形断面是最合理的隧洞断面形状。     

城门洞型隧洞明满流水力瞬变计算研究

采用Preissmann窄缝法计算了城门洞隧洞中的明满交替水流的水力瞬变过程,给出了城门洞拱顶内的水力瞬变计算参数公式。实例研究表明在不考虑城门洞洞顶气囊或气腔内空气体积变化的情形下,城门洞内水流由无压流变为有压流时将产生较大的压力变化,由有压流变为无压流时压力变化较小;城门洞隧洞内断面流量变化越快,明满流交替产生的压力变化也越大;靠近流量变化越近的隧洞断面其水力瞬变程度越急剧。     

单齿型矩形迷宫灌水器水力性能的数值分析

以矩形流道灌水器以及加齿后矩形流道模型为研究对象,借助CFD流体分析软件FLUENT对不同尺寸的流道模型进行压力流量模拟分析,将分析后的结果以流道内最小过流断面为控制因素,进一步利用TECPLOT软件分析灌水器内速度流场的变化。结果表明,单齿型矩形流道迷宫灌水器的水力性能优于矩形流道迷宫灌水器;在同一种尺寸的矩形流道内加齿,随着齿高的增加,流量系数和流态指数均减小;当流道内加齿处的过流断面比保持一致时,流道的流量系数随尺寸的增加而增大;并且流道尺寸越大,加齿后流态指数降低程度越大,越有利于提高灌水器的灌水质量;相比于矩形流道灌水器,单齿型矩形流道具有较好的消能效率,为进一步研制高水力性能的灌水器提供一定的理论基础。     

阿安引水洞消能模型试验研究

随着跨流域长隧洞引水工程的发展，洞内消能的研究也在进一步深化，南水北调西线一期工程中的阿安引水隧洞采用洞内消能工程。对阿安引水隧洞洞内消能工程的基本结构和尺寸的理论设计进行了水工模型试验研究，根据模型试验将原设计与修改方案的水流流态、流速和压强及消能效果进行对比，确定能使引水隧洞在各级引水流量下能安全可靠地运行的洞内消能工的体形和尺寸。