排灌输水隧洞正常水深的简捷算法

为了使标准城门洞形断面正常水深的求解具有简单的显函数计算公式,对标准城门洞形断面正常水深的基本方程进行恒等变形,将水面位于底角圆弧段和顶弧段正常水深的超越方程以及水面位于侧边直线段正常水深的高次方程,变成无量纲化正常水深与已知量综合参数的单变量函数方程.引入准线性函数的概念并将准线性函数作为标准模板,再对正常水深的单变量函数方程应用准线性函数标准模板,在工程常用范围即无量纲化正常水深y∈[0.051,.80]范围内进行优化计算及准线性函数逼近,得到了超越方程和高次方程的替代函数方程,替代函数具有类似于线性函数形式,即正常水深的准线性显函数表达式,并进行误差分析.结果表明,在隧洞底部圆弧段正常水深的最大相对误差小于0.36%,侧边直线段正常水深的最大相对误差小于0.31%,顶弧段正常水深的最大相对误差小于0.39%,说明准线性公式在隧洞有效水深范围内计算的水深准确度较高,可为排灌输水隧洞的断面设计及实现渠道水位控制时确定均匀流水深提供参考.     

马蹄形隧洞断面收缩水深的迭代法计算

为了得到计算马蹄形断面隧洞收缩水深的好方法,该文通过引入恰当的无量纲参数并对马蹄形隧洞收缩断面的能量方程做恰当的数学变换,使各种马蹄形断面收缩水深的计算公式统一化,并推导出计算收缩水深的迭代公式;给出判别收缩水深范围的分界流量,即可计算断面收缩水深。算例表明,该方法简单、准确、通用。     

圆形断面均匀流水深的近似计算公式

【目的】针对目前圆形断面均匀流水深计算公式存在计算误差大、适用范围小的弊端,欲提出一种新的近似计算公式。【方法】对圆形断面均匀流方程进行数学变换,得到无量纲参数k值的表达式,并应用最佳逼近拟合原理对k值与无量纲水深x值进行优化拟合。【结果】得到了圆形断面均匀流水深的近似计算公式,误差分析及实例计算表明,该公式在工程常用范围内最大相对误差小于0.9%。【结论】与现有计算公式比较,该公式计算精度高,适用范围广,可以满足工程要求。     

锥-板环形水槽的研制及其在颗粒起动试验中的应用

在颗粒起动观测试验中,传统长直型水槽及环形水槽试验无法观测流体长期作用下的颗粒运动,依据锥-板转子流变仪原理,设计了一种锥-板环形水槽装置;采用无量纲拖曳力作为起动时的流体力学指标,结合CCD(电荷耦合组件,charge coupled device)成像技术及PIV(粒子图像测速,particle image velocimetry)技术,运用该装置对层流时无黏性均匀颗粒在流体长期作用下的运动形态及起动规律进行了观测,观测发现流体长期作用下颗粒的起动为连续的起动过程,存在2个不同的临界状态,分别为初始临界状态和饱和临界状态,初始临界状态下的起动拖曳力和经典Shields曲线的取值基本一致,饱和临界状态下的起动拖曳力明显高于Shields曲线的取值,表明锥-板环形水槽是一种合理有效的颗粒起动观测装置,特别适用于流体长期作用下的颗粒起动规律研究。     

给水度测定仪设计

针对目前原状土测定给水度方法存在较大误差,设计了一种原状土给水度测定仪,并提出新的测试思路及其计算方法.首先设计了给水度测定仪的结构及其操作过程,然后在分析土体入渗过程和释水过程的基础上,根据给水度定义,对给水度的计算公式进行推导,得到了用介质和渗透液的物理性质指标表述的给水度计算公式.分析结果及实例计算表明,原状土给水度测定仪测定过程简单,渗流过程与实际流态相近,公式计算结果准确.     

梯形断面收缩水深的直接计算公式

梯形断面渠道是比较常用的断面形式之一,其收缩水深的计算需求解高次隐函数方程,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力且误差较大,针对此种状况欲提出一种直接计算公式。通过引入无量纲水面宽度,对梯形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到了快速收敛的迭代公式,在工程常用范围即无量纲收缩水深在[0.01,0.5]范围内,对公式进行了优化计算,取得了合理的迭代初值。从而得到梯形断面收缩水深的直接计算公式。误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,收缩水深的最大相对误差仅为0.26%,直接计算公式形式简捷、精度高、适用范围广。     

明流条件下圆形隧洞正常水深与临界水深的直接计算

无压流圆形断面水力计算中的正常水深、临界水深求解无解析表达式,传统的试算法或查图法不仅计算过程繁琐复杂,而且计算精度不高。该文通过对圆形断面均匀流方程与临界流方程的数学变换,分别得到其正常水深与临界水深的牛顿迭代公式,同时,通过对正常水深与临界水深对应的中心角与引入参数之间关系的分析及数值计算,利用最优一致逼近原理分别得到了正常水深与临界水深对应中心角的近似计算式,并以此近似计算式为初值,用迭代方程进行一次迭代得到了圆形断面均匀流水深与临界流水深的直接计算公式。实例计算及误差分析表明：在工程实用范围内该法正常水深与临界水深最大相对误差分别为0.32%和0.0049%,如用该近似结果再迭代一次,精度高出103倍和105倍。     

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.     

Matlab语言在梯形明渠水力计算中的应用

Matlab语言以其独有的优越性而广泛应用于各种复杂的计算中。通过对梯形明渠水力计算公式进行适当变换,建立了4种水力计算的数学模型,并以实例应用Matlab语言进行编程计算,其编程过程简单、计算结果就是精确解,计算方法容易掌握。