台阶式溢洪道消能规律

为探讨台阶式溢洪道消能特性及水流的紊乱特性规律,将台阶式溢洪道与对应光滑溢洪道对比研究,通过试验数据计算出台阶式溢洪道消能率、阶顶断面弗劳德数,试算求出对应光滑溢洪道水力参数,用台阶式溢洪道消能率减去对应光滑溢洪道消能率得到相对消能率,光滑溢洪道断面弗劳德数减去对应台阶式溢洪道阶顶断面弗劳德数得到相对弗劳德数.两水力参数反映了台阶式溢洪道相对光滑溢洪道对消杀能量大小及水流紊乱剧烈程度.通过对26.57°,32.01°,33.69°,38.66°,51.3°这5组不同坡度,1.43~6.67 cm台阶高度的21组模型试验研究,探讨了相对消能率和相对弗劳德数之间关系,结果表明相对弗劳德数和相对消能率沿程呈线性关系,相关系数为0.993 7~0.999 5.且相同相对弗劳德数,单宽流量大对应相对消能率也大;台阶高度变化对直线关系影响很小;坡度对直线关系影响复杂,较小坡度同一单宽流量,坡度越大相对消能率越小,坡度较大时同一单宽流量,坡度大对应相对消能率大.相对消能率和相对弗劳德数的直线规律体现出台阶式溢洪道独特的水力特性,为探究其消能机理提供了重要依据.     

台阶式溢洪道滑行水流的相对水头

为了研究台阶式溢洪道的消能特性,将台阶溢洪道与光滑溢洪道沿程的总水头进行对比,引入台阶式溢洪道相对水头的概念.通过3个工程的台阶式溢洪道模型试验,坡度为1 ∶2.0~1 ∶0.9,台阶高度为0.5~2.0 m,对影响相对水头的主要因素:流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度等进行了研究.结果表明,在滑行水流条件下,台阶式溢洪道沿程相对水头小于0;相对水头与流程长度呈良好的线性关系,相关系数为0.998 3~0.999 8;相对水头与单宽流量无关,不同流量条件同一断面的相对水头基本相等,相对误差不超过4.5%,而台阶高度、溢洪道坡度对相对水头影响较大,台阶高度越高、坡度越大,相对水头绝对值越大.试验资料证实了相对水头具有良好的水力规律,便于应用分析,可为台阶溢洪道设计提供参考.     

台阶式溢洪道流速水头沿程变化研究

水流的流速水头是重要的水力参数,可一定程度上反映水流的能量。为研究台阶溢洪道过流断面流速水头的沿程变化规律,将其与同体型的光滑溢洪道流速水头进行对比,引入相对流速水头的概念。通过对26.6°、33.7°、38.7°、48.0°四组坡度,0.5、1.0、2.0 m三种台阶高度的台阶式溢洪道,在单宽流量17.25~62.18 m2/s之间进行模型试验研究。结果表明台阶的流速水头沿程呈现曲线规律,关系复杂不便应用;而非均匀流段上相对流速水头与流程长度呈现良好的线性递增关系,相关系数R2为0.994 8~0.998 8。台阶部分对水流的阻碍效果随单宽流量的减小增大,而与台阶高度、坡度呈递增关系,其中坡度的影响最显著。试验证实了引入相对流速水头的必要性,为台阶溢洪道水力特性的研究提供了依据。     

仿舵型量水槽体形模拟研究

【目的】探索具有水流平顺、流态稳定、测流准确、水头损失小等优良特性的量水槽线形。【方法】针对基于水下装备流线型体构造的量水槽,选取4种量水槽体形,运用数值模拟方法研究不同体形的量水槽在不同流量条件下的流速分布、水面线、佛汝德数、水头损失、壅水高度等水力性能。【结果】流线型体扩散段较陡时,仿舵型量水槽的壅水高度和水头损失相对较小。不同流量条件下,4种体形的量水槽上游佛汝德数均低于0.5;壅水高度均低于3 cm;计算流量与模拟流量的平均误差为2.42%,测流精度较高,且均具有较小的水头损失。【结论】卡克斯仿舵型量水槽在各流量条件下的水面线均较为平稳且流速分布更加均匀,在不同流量条件下其水头损失均小于0.35 cm,测流精度大于98.27%,水力性能最优,可作为仿舵型量水槽的基本体形。     

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。     

U形渠道斜坎量水堰水力性能试验及数值模拟

为了探索U形渠道斜坎量水堰水力性能及影响因素,采用试验及计算流体力学软件(FLOW-3D)对量水堰体型参数不同时,在各流量工况下的过堰水流流场进行模拟,获得其水面线变化、断面流速分布以及量水堰最大堰高所在断面附近的佛汝德数。结果表明:数值模拟与试验所得的水面线变化情况具有较好的一致性,模拟所得佛汝德数和断面流速分布均与理论结果吻合。通过量纲分析法将试验数据运用spss进行拟合得到的测流公式具有较高的测流精度,相对误差最大为6.68%,最小仅为-0.13%,满足灌区量水设施精度要求。     

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。     

低扬程泵站箱涵式出水流道水力特性试验

对泵站箱涵式出水流道5种不同出水喇叭口悬空高度、4种不同后壁距及矩形、半圆形和对称蜗壳形3种后壁型线以及导叶后无扩散喇叭管方案进行了试验研究。测得了喇叭口不同悬空高度时流道的水力损失,分析得出了不同佛汝德数下流道水力损失随喇叭口悬空高度变化的规律。对4种不同后壁距及不同后壁型线时流道的水力损失进行了测试和分析比较并观测了流道内流态。     

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。     

斯木塔斯台阶式陡槽溢洪道水力特性模型试验研究

斯木塔斯水电站原设计方案泄水建筑物中溢洪道采用了台阶式消能方式,为了论证在高水头,小单宽流量下台阶式溢洪道应用的合理性,有必要对设计方案进行模型试验的研究.借助大比尺的模型试验,对该溢洪道段的流态,压强,掺气,消能率等进行了现测.试验结果表明各项水力特性良好,消能效果显著,满足工程实际的需要,为工程决策提供了科学依据....     

U形渠道平板闸门过流能力试验研究

【目的】实现U形渠道闸门测流,设计U形渠道平板闸门并进行试验研究,分析其水力性能,建立流量公式。【方法】流量范围10～50 L/s内,控制闸门开度e,进行U形渠道平板闸门过流能力试验,根据沿程水深、佛汝德数Fr、水头损失等水力参数分析了U形平板闸门孔流与堰流分界点的判定依据及过流能力,建立了不同流态的闸孔出流公式。【结果】U形平板闸门孔堰流判定依据相对开度e/H(H为闸前稳定水头)接近1,Fr沿程分布规律较统一,平均相对水头损失达7%,流量公式误差小于3.5%,不易出现自由出流。【结论】U形平板闸门水头损失较小,水力性能较优,流量公式的测流精度较高,可为灌区U形渠道流量测量提供依据。     

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.     

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。     

含沙量对坡面流水动力学特性的影响研究

基于系列室内水槽冲刷试验,定量研究了在9°坡度、不同流量条件下含沙量对坡面流水动力学参数的影响。结果表明:随含沙量增加,水流雷诺数Re减小,水流紊动强度减弱。弗劳德数、水流流速及流速修正系数α随含沙量增加先呈减小趋势,当含沙量S>300 kg/m3时,各值均突然增大,并随含沙量的进一步增加趋于稳定,表明此时水流型态发生变化,α均值为0.554。含沙水流和清水水流能量损失比较标准不同,得到的结论也不相同。当S<300 kg/m3时,以相同Re或相同单宽流量作为比较标准,含沙水流阻力系数均大于清水对应值;当S>300 kg/m3时,以相同的Re作为比较标准,则含沙水流阻力系数小于清水对应值,以相同的单宽流量作为比较标准,则含沙水流阻力系数大于清水对应值。     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的Myring流线型量水槽体型优化设计

Myring流线型在水下航行器领域应用较为广泛,而量水槽在渠道中的受阻状态与潜水器潜行时受到的阻力情况具有一定的相似之处,因此本文借鉴潜水器的结构特点进行量水槽体型设计,探究量水槽受阻最小的较优线型。基于FLOW-3D软件,采用最优拉丁超立方设计方法,以流线型的收缩段长度和锐度因子、扩散段长度和离去角为变量设计了40组数值模拟方案,得到对应的水头损失百分比和上游佛汝德数。以数值模拟变量为输入、结果为输出,训练RBF神经网络,结合NSGA-Ⅱ遗传算法获得Patero前沿解,通过TOPSIS评价法筛选出最优解并得出其线形参数：优化模型收缩段长度为45.9cm、收缩段锐度因子为0.74、扩散段长度为49.2cm、扩散段离去角为14.63°,并通过等比例缩放得到6组收缩比,在9组流量下进行模型试验分析水力性能。结果表明,优化后线型过流较顺畅,水力性能较优,预测结果和模拟结果误差不超过5%;不同工况下上游佛汝德数均小于0.5,满足测流规范要求,收缩比为0.58~0.66时各项水力性能均较优;基于临界流测流和量纲分析原理得到的测流公式精度较高,平均相对误差为2.09%。本研究证明了将流线型运用于量水槽领域研究以及通过神经网络和遗传算法寻优的可行性,优化后Myring流线型量水槽具有良好的性能和测流精度,在灌区渠道中具有较好的运用前景。     

薄层水流水力特性试验研究

对粘砂床面的薄层水流进行定床试验,研究了不同流量、坡度下薄层水流的水力学参数(流态、水深、流速及阻力系数)随坡度和流量的变化规律。结果表明:水流雷诺数Re随着坡度和流量的增大而增大,但Re主要是由流量决定的,坡度对Re的影响不大,水流流态基本上在过渡流区和紊流区;平均水深-单宽流量,流速-单宽流量,水流阻力系数-单宽流量均成很好的幂函数形式,平均水深和流速均随单宽流量的增大而增大,阻力系数随着单宽流量的增大而减小。     

陡坡U形渠道椭直形量水槽田间试验

为了解决坡度为1/100~1/200的U形渠道量水问题,开发了一种椭直形量水槽。选用6种不同收缩比,在3种不同规格的U形渠道上进行田间试验。利用量纲分析法推求水深流量关系,提出田间试验中壅水高度的计算方法,探讨壅水长度对量水槽建造位置的影响,分析了测流精度和佛汝德数。结果表明:相对水深与相对流量具有良好的幂函数关系,R2=0.995,由此建立的自由出流流量公式具有一定的精度,平均相对误差为2.38%,最大相对误差为5.04%;量水槽的收缩比应控制在0.55以下;量水槽距离渠道进口应大于渠宽的15倍。研究为椭直形量水槽在陡坡U形渠道上的进一步应用提供参考。     

山区溢洪道挑距计算中流速系数确定方法的探讨

溢洪道挑距计算中,在单宽流量较小,水头落差较时,可借鉴溢流坝流速系数经验计算公式,应用于溢洪道流速系数计算中,继而推求挑距.结合工程实例,运用经验公式计算和模型试验相结合的方法,对各种计算流速系数的公式进行了比较分析,最终结论表明长委公式和湖南省院公式是较适用的.     

阳升观水库台阶式溢洪道水工模型试验研究

结合阳升观水库枢纽5号溢流坝段,采用水工模型试验方法对溢流堰的泄流能力、溢洪道台阶面的流态,压力和台阶式溢洪道+消力池联合消能率等方面进行了试验研究。结果表明,溢流堰的实际过流能力满足设计要求;台阶面的水流为滑移流,掺气充分,流态较好,消力池内流态紊乱,池尾部水面波动强烈;台阶立面阳角附近普遍存在负压,但其量值较小;台阶式溢洪道+消力池联合消能率在3种特征工况下都超过了90%,其中大部分能量被消杀在溢洪道的台阶面上。     

含植被坡面水动力学特性的实验研究

基于水槽试验,系统的研究了在5种流量、3种植被组合和3种覆盖密度情况下的坡面流的水力参数、水力因子间的关系和阻力规律.结果表明,坡面流一般为湍流,植被的存在增强了坡面流的湍流强度.平均流速与单宽流量幂函数相关,且拟合结果良好.柔性植被对流速的减缓作用大于刚性植被.柔性植被坡面和刚性植被坡面的阻力系数均随雷诺数的增加呈幂...