弧底梯形渠道无喉道量水槽水力性能影响因素研究

为了研究不同因素对弧底梯形渠道无喉道量水槽水力性能的影响,基于Fluent6.3大型流体计算软件,采用RNGk-ε湍流模型和VOF方法相耦合,对弧底梯形渠道无喉道量水槽进行了三维数值模拟,并将模拟流量与渠道流量进行对比分析,结果表明二者吻合度较好,该数值模拟方法有效可靠。在确定模拟准确性的前提下,分析了该量水设施在不同喉口收缩比和底坡下的水位流量关系,上游断面弗劳德数,壅水高度,水头损失等水力特性,为量水槽的进一步研究及其优化推广提供了新思路。     

弧角梯形渠道无喉道量水槽水力特性研究

量水设施作为灌区灌溉管理工作的基础性设施,其水力特性的研究是灌区量水的基础工作。基于FLUENT 6.3软件,采用VOF方法和RNG k-ε湍流模型对弧角梯形渠道无喉道量水槽过槽水流进行三维数值模拟,对不同工况下的流速分布、水面线、水头损失等水力特性进行研究并建立相关的流量计算公式,与渠道流量进行对比分析。结果表明,当收缩比为0.57~0.74时,该数值方法能够在4.985 3~33.597 6 m3/s较大流量范围内测流,准确度较高,可为灌区渠系编制用水计划和调整供配水方案提供依据。     

沟灌简易长喉道量水槽水力性能初探

【目的】针对北方灌区田间沟灌缺乏量水设施的现状,设计一种成本低廉、制作安装简易的新型量水设备—便携式三角形长喉道量水槽,分析其水力性能。【方法】在8个流量(1.03、3.03、5.06、7.00、9.00、11.07、13.07、15.05 L/s)工况下,对该量水槽分别进行了自由出流和淹没出流的水力性能试验,测量了槽内共14个控制断面的水深,分析了不同流量下的水面线变化和傅汝德数(Fr)的变化。【结果】拟合出的不同出流状态下的流量公式中,自由出流状态下的最大相对误差为-3.61%,淹没出流下的为6.54%,平均相对误差均在0.5%以内;自由出流下Fr在断面5到断面7之间等于1,临界水深断面产生的具体位置在喉口段中部偏前段,距离量水槽进口首断面325~385 mm;该三角形长喉道量水槽的临界淹没度可达0.83。【结论】单个便携式三角形长喉道量水槽的流量测量范围为1~15 L/s,喉口长度建议为210 mm,临界淹没度在0.80~0.83之间。     

长喉道量水槽的应用研究

介绍了长喉道量水槽的结构、测流原理、设计计算方法以及在江苏省南通市几个灌区 3年多的应用研究成果。实际应用表明 :长喉道量水槽具有稳定的工作性能 ,精度高 ,相对误差小于 5 % ,能满足农用量水设备的精度要求。     

长喉道量水槽的应用研究

介绍了长喉道量水槽的结构、测流原理、设计计算方法以及在江苏省南通市几个灌区3年多的应用研究成果。实验应用表明：长喉道量水槽具有稳定的工作性能，精度高，相对误差小于5％，能满足农用量水设备的精度要求。     

基于VOF的量水槽流场数值模拟

利用Fluent软件,采用VOF方法与标准k-ε紊流模型相耦合,对U型渠道平底抛物线形无喉段量水槽的流场进行三维数值模拟。通过建立不同渠槽模型,分析不同流量工况下沿程水面线及速度场分布,将数值模拟结果与实测结果、公式计算结果进行对比,结果表明,模拟值与实测值、公式计算值吻合较好。并应用该数值模拟方法对量水槽的流量公式进行了检验,为提高其测流精度提供一定的参考依据,为该量水槽结构设计与优化提供了新的思路。     

梯形渠道圆柱形量水槽水力特性数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型及VOF方法处理自由水面,数值模拟了梯形渠道圆柱形量水槽三维水流运动。通过对多个流量情况的计算,获得了驻点水深、水面位置、三维水流流态等圆柱形量水槽水力特性。数值模拟的自由水面位置、三维水流流态与试验结果基本一致,驻点水深的计算值与实测值的最大相对误差为4.11%,最小相对误差为0.53%。研究表明,采用的数值模拟方法,能够有效地模拟圆柱形量水槽水力特性,模拟精度能够达到量水设备要求的精度。     

过渡段形式对无喉道量水槽水力特性的影响

为了对比不同过渡段形式对无喉道量水槽水力特性的影响,在传统矩形无喉道量水槽结构的基础上,设计了过渡段为圆形和椭圆形的无喉道量水槽,在宽0.6 m,深0.3 m的矩形渠道上进行了一系列试验。试验测量了无喉道量水槽在不同流量下的水位,对水位流量关系进行拟合,对不同流量下的佛汝德数和水头损失进行了分析。结果表明,过渡段形式对无喉道量水槽的测流精度、佛汝德数及水头损失均有一定影响。3种无喉道量水槽的槽前水流均满足测流要求,直线形过渡段无喉道量水槽的测流精度最高,但水头损失最大;圆形过渡段无喉道量水槽的测流精度虽较直线形过渡段的低,但水头损失最小。     

长喉道量水槽的设计新方法

在总结国内外长喉道量水槽研究成果和近几年在江苏省南通市实际应用经验的基础上，全面系统地介绍了长喉道量水槽的结构、量水原理、设计计算方法，在灌区量水现场对设计计算方法作了一系列的验证试验。试验结果表明：按该设计方法设计的长喉道量水槽具有很高的测流精度，流量相对误差小于5％。     

弧底梯形渠的冻胀试验研究

混凝土衬砌弧底梯形渠道具有较好的抗冻胀性能,在我国北方大、中型防渗衬砌渠道中广泛应用,为了进一步探索衬砌厚度与冻胀变形的规律,在工程现场进行了不同工况的试验,总结了衬砌厚度与冻胀变形的规律,并应用价值工程理论对其技术经济指标进行了分析。     

长喉道量水槽设计软件的研究开发

为解决长喉道量水槽复杂的设计计算困难 ,基于 Windows98/2 0 0 0 ,运用 Visual Basic6.0开发了长喉道量水槽设计软件。设计软件包括尺寸设计 (纵剖面设计、横断面设计 )、校核计算、率定曲线计算拟合、数据图形打印 4大功能模块。利用操作简便、形象直观的交互式图文界面 ,完成长喉道量水槽的尺寸设计和率定计算     

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.     

翼柱型量水槽应用于梯形渠道性能试验研究

为探究翼柱型量水槽在梯形渠道量水的性能,在梯形渠道上通过4种不同量水槽收缩比进行水力性能试验。通过对上游水位、流量和收缩比等进行分析,拟合了流量公式;并对测流精度、上游佛汝德数、临界淹没度以及水头损失进行了分析。试验结果表明:翼柱型量水槽在梯形渠道量水性能良好,水位～流量相关度极高,相关系数的平方R~2达0.997 1,推求的流量公式简易,测流平均误差为2.41%,上游佛汝德数小于0.4,临界淹没度达0.85以上,满足《灌溉渠道系统量水规范》(GB/T 21303-2017)相应要求。     

梯形渠道圆柱形量水槽的试验研究

选择收缩比为0.909,0.800,0.709,0.636,在梯形渠道中对圆柱形量水槽进行了一系列试验。结果表明，圆柱形量水槽的行近断面总水头 与驻点水头 存在很好的相关性，相关系数等于0.9992。梯形渠道上圆柱形量水槽的流量系数 不仅与相对水头 有关，与收缩比 大小也有明显的关系， 随着 和 的增大而增大。淹没系数 与上下游水位差相对值 和 之间存在很好的相关性，相关程度随收缩比 的减小而增大。根据试验数据和数值模拟结果拟合的流量计算公式简明实用，自由出流时的流量计算平均误差为3.54% 。     

巴歇尔量水槽水力特性试验研究

巴歇尔量水槽是一种通过明渠收缩段来量水的量水槽.试验在底宽0.3 m、深0.5 m、边坡系数为1的梯形渠道中设计了喉道宽0.25m的标准巴歇尔量水槽进行.试验完成了14组不同流量下的水位、水面线和量水槽上下游16个断面的流速量测.拟合出自由流和淹没流条件下水深-流量公式及上游水深与巴歇尔槽水头损失关系,对不同流量下佛汝德数沿渠身各控制断面的变化情况做了分析,从而可确定出临界水深断面位置,最后对大、中、小三个流量下的冲沙情况做了介绍.     

关于弧底梯形渠道横断面设计方法的探讨

从多泥沙河流取水的灌区渠道大都存在泥沙淤积的现象，笔者通过理论分析找到了弧底梯形渠道横断面设计的新思路——即通过数学公式解弧底梯形的水力最佳断面的水深来确定弧底梯形断面，较好地解决了弧底梯形渠道设计成果不太理想和渠道泥沙淤积的难题。     

U形渠道便携式板柱结合型量水槽水力性能研究

针对灌区小型渠道数目多、需测控的断面多、而宜采用的移动式量水设备仍不够完善的问题,借鉴移动式薄板量水槽和圆柱量水槽的优点,设计了一种便携式板柱结合型量水槽,在分析量水槽测流机理的基础上,开展原型试验和数值模拟研究,并应用量纲分析法建立测流公式。结果表明,量水槽具有较好的水位-流量关系,上游壅水高度在1. 85～13. 69 cm之间,临界淹没度在0. 70～0. 91之间,槽前弗汝徳数均小于0. 5;板柱结合型量水槽比现有的圆柱量水槽和带尾翼的圆头量水槽体型小,便携度高,流线分布稍差,上游壅水高度稍大,临界淹没度稍低,但能满足灌区测流要求;量水槽测流精度高,平均测流相对误差为2. 07%。     

U形渠道机翼柱型量水槽水力性能分析

为了详细探究机翼柱型量水槽应用于U形渠道的量水性能,设置了4个不同的量水槽收缩比开展水力性能试验。通过对流量、收缩比和上游水位等数据进行分析,拟合出机翼柱型量水槽的流量公式。研究还对测流精度、上游佛汝德数、临界淹没度等参数进行了详细分析。试验结果表明,机翼柱型量水槽水位～流量相关性极高,相关系数R2达0.998,利用试验数据拟合出的流量公式简单易用,平均流量误差约为2.47%,上游佛汝德数小于0.3,临界淹没度最高为0.887。与传统的U形渠道量水槽相比,机翼柱型量水槽的流动公式简单易用,U形渠道机翼柱型量水槽的结构为进一步研究提供了新的思路和参考。     

弧底梯形渠道抗冻胀结构优化与数值模拟

在季节性冻土地区,弧底梯形渠道属于抗冻胀结构之一,但其设计方法仍依靠经验和规范,设计结构易发生冻胀破坏,为此提出了结构优化的方法进行渠道设计。该方法包括构建结构优化数学模型和"冻土-衬砌结构"简化算法二方面内容。首先以渠道造价为目标函数,以实用经济断面、衬砌体拉应力和法向位移为约束,建立结构优化数学模型。其次采用"初始冻胀位移"模拟高度非线性的法向冻胀力,通过定义摩尔库仑摩擦单位模拟冻土与衬砌间的相互作用,最后基于ANSYS的APDL语言的二次开发建立参数化模型进行结构优化。通过实际工程的结构优化表明,在最不利气象和水文地质条件下,优化后的断面可保证渠道不产生裂缝;同时节约土地面积207 m~2/km,衬砌厚度减小0.3 cm。提出的方法可用于弧底梯形渠道结构计算和优化设计,可以获得运行安全、造价合理的断面尺寸。     

底坎式机翼形量水槽试验研究

机翼形量水槽是一种新型的量水建筑物,为保证量水槽在自由流下工作,设计了底坎式机翼形量水槽。选择3种收缩比,在矩形渠道上进行一系列试验,并运用量纲分析法和不完全自相似理论,拟合得到了量水槽自由流条件下的流量计算公式,拟合度R2=0.9993。结果表明:该公式测流误差小,平均相对误差为1.44%;临界淹没度可达0.88。