矩形渠道分水口水力性能试验研究

为了研究矩形渠道含堰坎分水口水力性能,对不同渠宽比下的分水口进行了试验研究,试验选取了5种流量,每个来流量下通过调节下游水深获得不同分流比,总共75组试验,测量了分水口附近的水深等水力因素,获得了分水口附近的水面变化曲线,分析了影响分流比的因素,根据堰流公式,拟合了各渠宽比下流量系数与相对堰上水头之间的关系式.结果表明:分水口处的水面变化在不同流量下变化规律大致相同,随距分水口距离的不同,水面变化也不同;同一渠宽比、流量下,分流比与相对堰上水头呈线性关系,随相对堰上水头的增加而增加,随主渠道上下游傅汝德数的增加而减小;拟合得到的流量系数计算公式精度较高,相关系数大于0.9,满足测流精度要求.该研究对分水口处水力性能进行了初步的研究,以期为灌区量水提供参考依据.     

冰盖影响下渠道水力特性与冰塞形态关系研究

冰盖的形成和发展取决于水力条件、上游来冰的数量和类型,上游水力条件不同,冰盖的长度、厚度及形态特征各异。冰盖的形成又会影响上游的水力特性和过流能力。本文通过室内模型试验,研究了不同冰盖特征对上游水位及水闸流量系数的影响,同时讨论了上游水力条件对冰盖长度、厚度及堆积形态的影响,指出了有冰块通过闸门和无冰块通过闸门时冰盖特征的差异。以临界弗汝徳数Fr、闸门开度和上游水深比值e/H及冰块的弗汝徳数Fb做为判别不同冰盖形态下有无冰块通过闸门的依据。对指导北方地区冬季渠道的安全取水有一定的指导意义。     

翼柱型量水槽在3种常用渠道上的应用性能对比试验研究

翼柱型量水槽是一种新型量水槽,其应用在灌区具有成本低、便于修建、量水精度高的特点。【目的】探讨翼柱型量水槽在矩形渠道、梯形渠道、U形渠道上的适用范围。【方法】试验在矩形渠道、梯形渠道、U形渠道上分别设计3种收缩比的量水槽,在不同流量工况下进行试验,并对测流精度、佛汝德数、水头损失、壅水高度等进行比较分析。【结果】拟合出矩形渠道、梯形渠道、U形渠道不同收缩比量水槽的流量公式,平均误差分别为0.42%、1.34%、1.65%,均满足规范误差小于5%的要求;翼柱型量水槽在3种渠道上游佛汝德数Fr均小于0.4,在U形渠道上游Fr最小;翼柱型量水槽在3种渠道上最大临界淹没度均大于0.85,应用于U形渠道的最大临界淹没度最高;矩形渠道修筑翼柱型量水槽产生的水头损失占上游总水头比例最小。【结论】翼柱型量水槽可用于灌区节水续建配套,同一比降条件下,矩形渠道与U形渠道衔接位置应用翼柱型量水槽效果最佳。     

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。     

无压地下灌溉新技术试验

对局部控水灌溉(无压地下灌溉)技术从理论上进行了分析，并给出了其土壤水分运动方程。在大田试验的基础上，研究分析了无压灌溉不同孔径孔口出水规律和根区局部湿润状况。试验结果表明：无压孔口出水规律与孔口孔径、地温和土壤含水量等因素有关；出水孔口孔径和初时土壤含水量对湿润锋推进速度影响较大，孔径和初时土壤含水量越大，湿润锋推进速越快；适宜的出水孔径沿管道长度方向出水均匀，5～35cm深度的土壤含水量变化无明显差异，能够满足作物需水和生理需水要求。     

滑阀节流槽阀口的流量控制特性

提出以节流槽内节流面的串并联效应确定二节矩形节流槽阀口面积的原则,推导出阀口面积的计算公式并编制了阀口面积的计算程序;在此基础上对二节矩形节流槽的流量特性进行了试验,试验表明二节矩形节流槽阀口的流量系数是单节矩形槽阀口流量系数的组合,流量系数在阀口开度较小或接近全开时流量系数快速增大,在阀口开度中间区段流量系数较小,在二节节流槽的交界处流量系数增大,流出节流槽方向的流量系数比流入方向约大0.1;提出了反映节流槽阀口流量控制特性的参数阀口流量面积Aq,阀口流量面积为阀口面积和流量系数的耦合函数,与阀口面积及流量系数传统概念相比,阀口流量面积更加合理地表征了阀口几何面积和阀口形状对流量的控制作用.     

T型墩应用于低佛氏数水流消能的

低水头闸坝工程的一个普遍水力学问题是低佛氏数水流的消能防冲，其特点是消能率低，为达到较好的消能效果，常常要在消力池加一些辅助消能工程。结合青海省引大济湟调水总干渠闸坝工程的水工模型试验，将T型墩置于海漫浆砌石段，有效的削弱了水流的余能。通过试验可以看出海漫段设置T型墩对低佛氏数的泄水建筑物有较好的消能作用。     

矩形渠道机翼形量水槽试验研究与应用

渠道量水设施是灌区实现节水和水资源高效可持续利用的有效途径之一。介绍了一种机翼形状的矩形渠道量水设施,在试验室矩形渠道中通过4种不同量水槽收缩比进行了系统的组合试验,并在引大入秦工程进行了原型试验和应用研究。试验结果表明:该量水槽过流顺畅,水头损失较小,试验数据资料表现出极好的相关性,相关系数R2=0.999 7。拟合的具有量纲和谐性的指数形式的流量计算公式简明实用,流量计算平均误差小于1.10%,临界淹没度可达0.89,完全可以实际应用。     

多孔孔板水力空化可视化与数值模拟

基于自行搭建的多孔孔板空化反应装置,采用高速数码摄影和长工作距离显微成像技术,对多孔孔板中心孔内和孔板末下游进行空化特性试验研究,并分析了入口压力、空化数等参数对孔板水力空化的影响。试验结果显示:随着入口压力升高,孔内空化数不断下降且开始产生空化。孔板内和孔板下游都有空化区存在,且孔内空化对下游空化区影响大。数值模拟结果显示孔内空化与试验相符合,且下游空化区的产生是由孔内空化云脱落至下游漩涡区引起的。     

Surface velocity coefficients for application of the float method in rectangular and compound open channels

A three-dimensional mathematical hydraulic model was applied to calculate velocity profiles and discharge under steady, uniform flow conditions in rectangular and compound open-channel cross sections. The velocity profiles were used to calculate surface velocity coefficients for use with the float method for discharge estimation in the field. Surface velocity coefficients were calculated at increments of one-eighth of the base width from the vertical walls to the center of the cross section, and submergence of the float object from 0 to 30 cm, with a 5-cm depth increment. Model results were summarized to show the relationship between surface velocity coefficient and channel characteristics compared to values published by the US Bureau of Reclamation (USBR). For rectangular cross sections, the coefficients from the model are generally higher than the published USBR values. But the coefficients from the model and USBR are in very close agreement for the tested compound cross sections. The published coefficients by the USBR are a function of only average water depth. However, the model results show that the coefficient is also related to channel size, cross-sectional aspect ratio, surface roughness height, float submergence and lateral location of the float object. These factors should be included in the determination of the surface velocity coefficient to improve the discharge estimations from the application of the float method.     

沟灌侵蚀过程的水动力学特性模拟研究

通过室内沟灌侵蚀模拟实验,研究了沟灌侵蚀过程中不同流量、坡度下垄沟水流的流态、流速及阻力系数的变化规律。结果表明,坡度和流量对水流流速的影响显著,流速随着坡度和流量的增大呈逐渐增大的趋势;流速与坡度、流量的相关性显著。垄沟水流的雷诺数变化范围为923～4 623,属于紊流;并且随着流量的增大呈现出逐渐增大的规律。弗汝德数在实验过程中变化范围为0.41～1.34,大部分都处在急流状态;坡度的增大使弗汝德数也随之增大。阻力系数变化范围为0.14～0.53。     

不同形状阻抗孔口的阻抗系数研究

结合云南漫湾水电站，利用最新的CFD（Computational Fluid Dynamics）技术分析了阻抗式调压室阻抗孔口的形式对阻抗系数的影响。计算结果表明阻抗损失系数不是常数，它随着分（汇）流比的变化而变化，当分（汇）流比增加时，通过孔口的流量增加相应的水头损失的值也增加。在各流态下3种阻抗孔的阻抗系数与分流比的二次曲线图几乎重合在一起，这说明了阻抗孔口的形式对相应阻抗系数大小的影响不大。分流情况下的水头损失比汇流情况下的水头损失要大。     

滴灌灌水器复杂流道局部阻力特征的试验研究

以3种复杂流道(涡流,菱形绕流,矩形绕流)作为研究对象,通过光固化立体造型快速成型技术分单元制造流道单元试验件,利用压力-流量试验得出流道的局部阻力系数及其与流道单元数之间的变化规律,为灌水器高效流道设计以及新型灌水器研发提供理论依据.试验结果表明:流道的局部阻力系数随着流道单元数的增加而线性增长;涡流流道的局部阻力系数随着工作水压的增大逐渐增大,而菱形绕流和矩形绕流流道的局部阻力系数则随工作水压的增大而逐渐减小.     

梯形渠道翼柱型量水槽试验研究与数值模拟

【目的】探究翼柱型量水槽在梯形渠道量水的适用性。【方法】对4种不同收缩比的翼柱型量水槽进行水力性能模型试验,并运用Fluent 17.1软件对其中2种收缩比的量水槽进行了数值模拟。通过对上游水位、流量和收缩比等进行分析,拟合得到了量水槽流量公式,并从测流精度、佛汝德数、临界淹没度以及水头损失等方面对其量水性能进行了分析。【结果】翼柱型量水槽在梯形渠道量水性能优良,水位-流量相关度极好,R2可达0.997 1以上,拟合的流量公式简明易用,测流平均误差为2.41%,上游佛汝德数均小于0.4,临界淹没度达0.85以上,通过数值模拟对量水槽水面线和流量进行误差分析,将实测值与模拟值进行比较,二者平均误差分别为3.80%和3.72%,与试验结果高度吻合,模拟结果准确可靠。【结论】翼柱型量水槽可用于梯形渠道量水,且量水精度满足明渠测流规范相关要求。Fluent软件可用于翼柱型量水槽数值模拟。     

植物木质部导管梯状穿孔板流动阻力特性研究

简述了目前国内外植物木质部穿孔板流体建模研究概况,对穿孔板孔口流动特性进行了数学建模,利用Fluent软件对不同几何结构的穿孔板孔口附近的水分流动进行流场仿真,通过计算和分析仿真结果,研究了穿孔板倾斜角、导管内径、穿孔板孔数、等效孔宽对穿孔板流阻系数的影响规律.结果表明,当其他参数设定时,倾斜角增大,平均流量不变,穿孔板两侧的总压降及流阻系数先减小后增大;导管内径增大,平均流量增大,总压降减小,流阻系数减小;孔数增加,平均流量不变,穿孔板总压降增加,流阻系数也增加;等效孔宽增大,平均流量保持不变,总压降与流阻系数均减小.     

梯形槽中急流分水的试验研究

本文探讨了在明渠急流中无节制闸侧面分水的水力学问题。通过在可变坡度梯形槽中的水力试验及实际工程的原型观测与整体模型试验,证明了分水闸闸孔的堰流系数是干渠水流Froude数的函数,且与分水闸闸室与干渠之间的连接方式有关。本文给出了可供实际工程应用的计算公式。     

矩形薄壁侧堰水力特性试验研究

侧堰作为一种量水设施,精度较高、结构简单、安装和拆卸方便,较易在灌区应用和推广,有很大的研究价值。对不同宽度和高度的矩形侧堰在缓流条件下进行了试验,分析了各工况下矩形渠道侧堰上、下游水面线、能量分布、流量系数等水力因素。结果表明,主渠道侧堰段能量基本保持不变,符合De Marchi的恒定能量假定;主渠道靠近侧堰边壁、中心线以及另一边壁三处的水面波动程度不同,说明侧堰对堰前水流产生影响;基于De Marchi假定和无量纲分析原理得到的流量公式最大相对误差均在±10%以内,满足灌区量水精度要求。     

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.     

大出口角离心泵叶轮内部清水流动测量

利用二维激光测速计系统准确地测量了大出口角离心泵输送清水时最优和小流量工况叶轮内部流动,试验表明,在前盖板／叶片吸力面拐角处存在尾流,但压力而不存在射流,叶轮内部流动结构与射流／尾流模型不符合,能量沿叶片宽度分布不均匀,低能量流体汇集在后盖板／吸力面拐角处。     

2种隔舌模型对离心泵性能模拟的影响

为了提高离心泵性能预测的精确度,降低水泵研发成本,对2种影响泵性能较大的隔舌模型进行了对比研究.通过Ansys ICEM CFD软件对离心泵3个结构部分进口、叶轮、蜗壳进行网格划分,利用商业软件 CFX 进行数值模拟.进口边界设定为均匀来流,出口边界设定为压力出口,进口段与叶轮壁面粗糙度0.02 mm,蜗壳壁面粗糙度0.05 mm,采用k-ε湍流模型并计算机械损失11%,容积损失4%,将模拟结果与试验数据进行对比发现:在各流量工况下,圆角隔舌模拟结果与试验数据误差较小且保持稳定;矩形隔舌模拟结果在小流量工况下接近试验数据,在大流量下则误差较大.通过压力分布和流线图发现随着流量的增大,圆角隔舌的高压区和流线分布都较为稳定,矩形隔舌在额定流量和大流量下高压区扩散,并且有旋涡产生,旋涡随流量增大而增强,影响了蜗壳内部流动,使得模拟误差变大.研究对比了2种隔舌模型外特性的差异,并通过流场分析找到了产生差异的原因,表明对隔舌进行圆角处理能明显地改善内部流场,从而提高泵的性能.