准梯形及U形断面收缩水深简捷计算方法

根据准梯形及U形断面收缩水深的基本方程,经数学变换得到计算收缩水深的迭代计算公式,并结合收缩断面水力特点证明了该迭代式的收敛性,同时应用马克劳林级数展开迭代式,略去高阶无穷小量和回归分析的方法得到4种不同形式的收缩水深的近似式.误差分析及算例表明,利用回归分析得到的近似式具备简捷、准确、适用范围广的特点,在工程实用范围内,最大误差不超过0.32%,可以满足精度要求,克服了以往用查图查表及试算迭代法的缺点.     

城门洞形断面收缩水深的近似计算公式

城门洞形断面收缩水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力。通过引入无量纲收缩水深,对城门洞形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到收缩水深的近似计算公式。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小于1.1%。该公式形式简捷、精度高、适用范围广。     

梯形明渠临界水深的计算解法

1 梯形断面渠道临界水深计算方法 梯形断面渠道临界水深hk的计算是水力计算中的一个基本问题,设梯形断面渠道底宽为b,边坡系数分别为m1、m2,设计流量为Q,水深为h,见图1.     

U形明渠收缩水深的迭代公式推求及程序实现

首先从理论上推求得到了U形明渠收缩水深的迭代计算公式,然后针对实例采用MATLAB语言进行了编程计算,通过应用实例可证明,采用U形明渠收缩水深的迭代计算公式,过程简单,结果精确,方法便于推广应用。     

抛物线形断面渠道共轭水深的直接计算公式

为了给抛物线形断面渠道闸后水跃共轭水深的计算提供显函数计算公式,对抛物线形断面共轭水深函数求一阶导数,并令导数函数为0求出临界水深;利用跃前水深与临界水深之比、临界水深与跃后水深之比,分别作为量纲为一的跃前水深和跃后水深,并引入量纲为一的共轭水深函数,使共轭水跃方程转化为量纲为一的函数方程,在对该方程分离变量后结合跃前、跃后水流能量特征建立跃前水深和跃后水深的迭代计算公式,并证明迭代公式的收敛性;为了进一步提高迭代方程的收敛效率,以量纲为一的跃前水深与跃后水深之积的最大值处,亦即迭代收敛最慢点处的真解的修正值为迭代计算初值,配合迭代方程进行一次迭代得到较为精确的直接计算公式.误差分析表明:在工程常用范围内,提出的跃前水深、跃后水深直接计算式的最大相对误差分别为0.47%和0.55%,公式简捷、准确、适用范围广.     

普通城门洞形断面临界水深的直接计算公式

普通城门洞形断面临界水深的计算涉及超越方程的求解,理论上无解析解。运用逐次优化拟合原理,求出其临界水深无量纲方程的近似解析解,提出了新的临界水深直接计算公式。结果表明,在工程适用参数范围内,临界水深计算值的最大相对误差绝对值为0.115%,平均相对误差绝对值仅为0.032%。新建立的城门洞形断面临界水深直接计算公式物理概念清晰明确,形式简捷,与现有的各类计算公式相比,计算精度高且适用范围广。     

悬链线形断面收缩水深的直接计算公式

【目的】致力于寻求悬链线形断面收缩水深的直接计算公式,以解决悬链线形断面收缩水深在理论上无法直接求解的问题。【方法】引入恰当的无量纲参数,对悬链线形断面收缩水深的基本方程进行数学变换,得到无量纲收缩水深的隐函数方程,根据特殊一元二次方程的定义,在工程适用范围内,对无量纲收缩水深a和收缩水深与悬链线形断面形状参数之比x的值进行回归分析,得到无量纲收缩水深隐函数方程的一元二次替代方程,解该一元二次方程,即可得到悬链线形断面收缩水深的直接计算公式。【结果】对公式进行误差分析及比较发现,在工程适用范围内,公式计算值的最大相对误差绝对值小于0.94%,高于现有计算公式精度。【结论】推求的悬链线形断面收缩水深的直接计算公式适用范围广、形式简捷、精度高,完全满足工程的实际需要。     

悬链线形断面渠道临界水深的直接计算方法

针对悬链线形断面临界水深的计算问题,引入无量纲临界水深,对各计算参数的取值范围进行了讨论,确定了适用于工程实际的无量纲临界水深的取值区间,并运用逐次优化拟合方法建立了新的临界水深计算公式。结果表明,工程适用范围内的最大相对误差绝对值小于0.072%,以0.001为步长的平均相对误差绝对值小于0.026%。相比于现有的计算公式,新建立的公式精度高,形式较为简捷,且适用范围完全能够满足工程应用的需要。     

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.     

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.     

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．     

U形渠道的水力特性及水力计算

U形渠道断面水力和结构性能优越,是渠道输水工程中较常采用的断面形式之一,水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式。提出了U形渠道水力最佳断面的设计方法,并给出了确定U形渠道水力最佳断面底弧半径的计算公式。导出了U形渠道正常水深、临界水深水力计算的迭代公式,并给出了判别水深范围的界限流量计算公式。     

小型U形渠道标准断面量水的简化方法

针对宁夏项目区农民用水协会（WUA）组织内部实施量水到户遇到的实际问题,考虑到农业综合开发田间配套工程中已在农渠等小型U形渠道上修建了部分用于渠道量水的标准断面,提出了流速服从紊流型态的普朗特指数分布规律的小型U形渠道断面测流的简化方法以及相应的断面流量计算公式。算例表明,与采用量水堰测流或分层测流计算结果相比较,简化方法的误差小于10%。但是,简化方法所基于的断面流速分布规律以及在U形渠道中垂线上所选择的代表断面平均流速测流位置的有效性,还有待于进一步研究。     

渡槽式装配U形渠断面设计及结构计算研究

针对我国田间灌溉渠道的定型化设计,参考小型U形渡槽结构的设计方法,结合渠道的承插式连接设计,设计了UD40、UD50、UD60、UD90系列渡槽式装配U形渠。然后研究了渡槽式装配U形渠的结构计算方法,并分别运用梁理论法和有限元分析法对UD60、UD90的断面设计进行了结构尺寸校核。结果表明,承插式连接方式很好地改进了渡槽式装配U形渠的端部构造,提高了渠道接缝面的抗弯刚度,改善了普通渠道的接缝漏水问题;综合考虑构件预制、运输和施工等因素设计的渡槽式装配U形渠断面及跨度尺寸合理,满足结构受力要求,符合工程实际需要,适合在田间末级灌溉渠道中应用。     

U形衬砌渠道结构及水力最佳断面的分析

通过对U形断面渠道的衬砌冻胀破坏特征、机理的分析,指出最优U形断面应是从结构和水力两方面考虑的,通过合理的假设,建立简单的力学模型,以衬砌体结构抗冻胀性能最优及水力最佳为原则,最终推出最优的U形渠道断面参数孤底圆心角和圆弧上部直线段的长度.同时,指出了U形衬砌渠道的冻胀力分析可以表达成最大冻结力的函数,而最大冻结力是反映土质、负温及水分状况的综合指标,只要根据经验或实验确定了最大冻结力,再结合渠道几何要素及衬砌材料的力学指标和衬砌结构的有关参数,就能计算出最优U形断面的参数,使问题简单化、定量化.该计算方法的结果表明符合工程实践的要求,而且安全合理,使用简单.     

圆底U形渠道均匀流水深计算方法的进一步简化

在均匀流水深计算公式的基础上 ,通过对复杂函数的级数展开及简化 ,建立了一种可直接完成求解计算的简捷公式 ,在工程实用参数范围内 ,求解成果的最大相对误差小于 1 .5% ,满足工程设计的精度要求 ,可在实际工作中应用     

宽浅式梯形渠道流速分布规律及流量计算方法研究

为研究宽浅式梯形明渠流速分布规律,简化渠道流量测量过程、提高测流精度、促进灌区工作效率提升,利用声学多普勒剖面流速仪进行流速、流量、断面面积的测定;通过正交距离回归算法对相对流速和相对水深与二次抛物线函数拟合,得到垂向流速分布规律,根据横向流速分布规律结合测量数据,利用线性拟合分析得到横向流速分布影响系数,最终通过待定系数法得到断面平均流速与中垂线表面流速的系数值。结果表明：测点实际流速与平均流速之比作为相对流速,拟合得到的宽浅式梯形渠道断面流速分布规律R2均在0.937以上,拥有较好的相关性;宽浅式梯形渠道测线平均流速横向流速分布符合乘幂函数分布形式,并对横向流速流速分布公式进行流速验证,在横向相对位置0.2<(B-2 d)/B<1区间内误差均小于5%;推导出了宽浅式梯形渠道中垂线表面流速与断面平均流速关系,对AB两地宽浅式梯形渠道干渠进行断面流量验证,实测流量与计算流量的误差小于5%,符合量水规范的要求,可实际用于灌区量水。