渠道渐变体土方计算的精确公式

渐变体作为衔接不同断面形式的过渡段,被广泛地用于输水建筑物工程中,但其土方计算目前没有统一科学的计算方法.为此,本文列出了工程中常见的几种渐变段形式,并通过对断面函数数学特性进行分析,得妹到了常见渐变体任一断面面积函教为二次抛物线.因此,可通过起始断面面积,终止断面面积和中断面面积唯一确定任一断面面积函数,并将该函数沿渐变体长度方向积分,推导出渐变段土方计算的精确、通用计算公式.计算实例表明计算过程简单、误差小,概念清晰,可供设计人员参考.     

扭面土方量的计算方法及其工程应用

在扭面特点分析的基础上,用矢量法推求出扭面的参数方程,同时针对传统土方量计算方法的不足,给出了原地形为扭面时的土方量精确计算公式,并对该公式的应用及误差分析进行了实例说明。结果表明,该公式误差小,计算精度高,适应面广。     

基于MATLAB的渠道土方计算

针对现有渠道土方计算方法的不足,基于M ATLAB强大的数学计算功能和简单的语言特点,提出用三次样条函数拟和渠道挖填断面的面积函数,再运用R om berg积分法计算渠道土方量的新方法。算例结果表明,该方法计算结果误差小、精度高、算法简单,可供设计人员参考。     

普通城门洞形断面临界水深的近似计算法

【目的】建立普通城门洞形断面临界水深的简捷计算方法。【方法】针对目前普通城门洞形过水断面临界水深计算过程繁琐、误差较大,且依赖图表、不便应用的现状,应用数学变换及逐步优化拟合原理,提出普通城门洞断面临界水深的计算公式,并采用实例对公式进行验证。【结果】得到了城门洞形断面临界水深的近似计算式,实例计算及误差分析结果表明,在工程实用范围内(临界水深与拱顶半径之比为1.13～1.85),所建立的公式最大相对误差仅为0.33%。【结论】所建立的公式物理概念清晰明确、形式简捷,为工程设计及水工设计手册的编制提供了有益参考。     

基于改进粒子群算法求解马蹄形断面正常水深

为了解决马蹄形断面正常水深无显函数计算方法的现状,通过对明渠恒定均匀流方程进行数学变挟,得到了标准Ⅰ,Ⅱ型马蹄形过水断面正常水深求解的分段非线性约束优化问题．将粒子群算法中的权重函数随着迭代次数和不同粒子与最优粒子之间的距离大小进行调整,用以加速算法的收敛速度和提高粒子的搜索能力,并将调整惯性权重模型的粒子群优化算法运用到马蹄形断面正常水深的求解中．通过实例计算及误差分析表明：分段优化模型在水深特征点连续,且该法能100％收敛到全局最优解,故该方法求解马蹄形断面正常水深适用性强、计算精度高、算法实现简单,为马蹄形过水断面水力计算提供了一条新途径．     

降雨和坡度对坡面水流阻力规律影响研究

为探明降雨条件下坡面薄层水流阻力特性,分析雨强对坡面流阻力的综合作用,以流体力学和水力学基本理论为依据,通过5个坡度和8个流量、4个雨强组合条件下的模拟降雨试验,系统研究了降雨条件下坡面薄层水流阻力规律。结果表明:相同雨强条件下,阻力系数随着坡度的增加呈现先增加后减小的趋势,随着流量、水深的增大而逐渐减小,最终稳定在0.025左右;相同坡度下,坡面薄层水流的阻力系数随着降雨强度、放水流量的增大而减小;降雨强度在一定程度上影响阻力系数与弗汝德数幂函数关系的离散性。在本试验条件下,薄层水流都处于"层流"和"过渡流"的流区,并且随着坡度的增大,薄层水流向"层流"转捩。在考虑雨强的情况下,给出了计入雨强影响的裸坡条件下坡面流阻力的计算公式。     

坡面薄层水流滚波演变规律试验研究

为探求坡面薄层水流滚波产生机理及其演化规律,采用变坡水槽试验,结合超声波测量技术,研究了5种坡度和21种单宽流量下坡面薄层水流的水力特性及失稳特征。结果表明,试验条件下,坡面水流流态指数平均值为0.536,水流流态以紊流为主,流型为急流;特定粗糙床面条件下,随着流量的增加,水流经历失稳到滚波猝灭再到二次失稳的演变过程;滚波猝灭临界流量随着坡度的增大而逐渐减小,其临界雷诺数在509~602之间,临界弗汝德数在3.29~7.39之间;随着流程长度的增加,滚波的波速变化不大,波长和波高逐渐增大,频率逐渐减小,滚波发生沿程聚合现象;当单宽流量和坡度增大时,波速和频率均随之增大,波长变幅不大,而波高呈现先增大后减小的抛物线型变化趋势。     

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为探讨无压地下灌溉对樱桃光合特性、产量和品质的影响,设计4个灌水处理,即地面常规灌溉(CK),地下灌溉压力水头6 cm(T1)、3 cm(T2)、0 cm(T3).结果表明:光合特性与CK相比,樱桃树在T1、T2、T3处理下Pn分别下降2.2％、5.5％和8.4％,Tr分别下降2.9％、8.2％和l2.6％,Gs分别下降0.6％、5.3％和10.6％,但叶片水分利用效率(LWUE)却分别增加3.0％、12.1％和19.4％;产量和灌溉水利用效率(IWUE)与CK相比,樱桃树在T1、T2、T3处理下产量分别减少1.4％、3.8％和6.2％,灌水量分别减少24％、29.8％和34.4％,IWUE增加29.9％、37％和43.1％;品质与CK相比,樱桃树在T1、T2、T3处理下Vc分别增加17.9％、8.5％和6.6％,可溶性固形物分别增加8.1％、14％和19.1％,可溶性糖分别增加9.2％、18.1％和19.5％,可滴定酸分别增加3.4％、4.6％和6.9％,糖酸比分别增加5.6％、13.9％和11.9％,硬度分别增加4.1％、2.7％和2.1％;樱桃树IWUE与产量间呈较好的开口向下二次曲线关系,其决定系数R2=0.645 1,产量和IWUE最佳结合点为产量17 000 kg左右,IWUE在6.5 kg/m3,IWUE与灌水量间呈很好的直线线性关系,其决定系数R2 =0.979 6.     

聚氯乙烯球阀水流阻力特性及流动规律分析

为了研究排灌工程管网中PVC球阀水流阻力及流动规律,对2种PVC球阀DN75和DN50进行了试验,采用角位移传感器监测阀门开度,同时采用Realizablek-ε紊流模型对2种球阀进行了数值模拟并分析验证,在此基础上对3种规格球阀DN110、DN90和DN63进行了数值模拟研究,得到5种规格球阀的阻力系数计算表达式。比较试验与数值模拟结果,DN75和DN50球阀模拟的阻力系数值与试验吻合的较好。DN75球阀流场特征显示相对开度为0.91时流态比较稳定,无明显漩涡;相对开度为0.36时压力、速度梯度较大,在球阀YZ截面出现大小相当、方向相反的对称漩涡,造成了较大的水头损失。研究结果可为管网的水力计算提供参考。     

仿机翼形便携式量水槽水力特性试验与数值模拟

田间量水是实现灌区计划用水和节水农业的关键技术,末级小截面灌区的精准测流则更为关键。该研究在机翼形量水槽的基础上,提出结构更为简单的仿机翼形量水设备。水工模型试验于西北农林科技大学水工与水力学实验室进行,试验渠道为17 m×70 cm×100 cm的矩形断面有机玻璃渠道,量水槽模型均采用空心木制材料制作。试验设计1组翼长、6组收缩比、7组流量,共42种试验方案。在水工模型试验的基础上,采用FLOW-3D软件补充了多组模型进行数值模拟,验证模拟准确性后,对其水力性能进行分析：上游佛汝德数小于0.5,喉口位置产生临界流,下游重新恢复缓流状态;壅水高度均值3.25 cm,最大值6.32 cm,最小值0.46 cm;水工模型试验与数值模拟共获得84组数据,依据机翼形量水槽的测流公式推导,得到仿机翼形便携式量水槽的测流公式,其平均相对误差为6.34%。仿机翼形便携式量水槽建议选择收缩比0.606～0.709、翼长65～80 cm,该收缩比范围测流平均相对误差6.15%。研究表明简化并没有改变机翼形量水槽原有的优点,可以保证测流渠道的安全性。该研究可改进量水方法,提高用水效率,对于促进中国灌区小截面便携式量水槽的推广具有实用价值。