水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统研究

水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统基于矩形薄壁堰测流原理,通过调节堰上水头进行渠道流量量测与调控。该测控系统应用自动控制技术通过单片机形成闭环反馈,用步进电机传动装置带动薄壁堰移动闸板的升降,使其能按设定的配水流量给下一级渠道配水,并根据上游水位的变化调节堰上水头使其保持恒定,同时通过智能控制在完成设定输配水量后可自动升起闸板停止供水。该测控系统通过渠道流量量测与控制试验,验证了其精确的测流功能和智能控制技术的可行性,满足精准灌溉的技术要求,在灌区量水和信息化建设中具有广阔的应用和推广前景。     

U形渠道三角剖面堰水力特性的数值模拟

因三角剖面堰多被应用于矩形和梯形渠道,将其用于U形渠道并利用数值模拟方法分析尚未深入。为了探究U形渠道三角剖面堰的适用性以及数值模拟的准确性,利用AUTO CAD和GAMBIT建立U形渠道三角剖面堰物理模型,利用FLUENT6.3软件对其进行模拟计算,用Tecplot软件进行后处理,从而获得不同工况下水位和流速分布情况以及水位流量关系曲线。结果表明,不同工况下流量和水位的模拟值与实际值比较接近,流量的平均相对误差为0.21%,水位的平均相对误差为6.02%,水位流量曲线均符合指数函数关系。因此,U形渠道中三角剖面堰测流准确度较高,具有一定的可靠性和实用性,可以为灌区用水配水提供科学依据,提高水资源科学管理水平。     

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。     

水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统优化试验研究

采用巴赞堰流公式计算流量的水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统通过渠道流量量测与控制试验,验证了其精准的测流功能和智能控制技术的可行性。为进一步提高该测控系统运行的效率和稳定性,减少运行能耗,对矩形薄壁堰堰流公式进行水力试验研究,通过分析堰上水头和流量关系,拟合出矩形薄壁堰流量计算公式。通过向该拟合公式引入修正系数λ=0.848,将测控系统测得的堰上水头数据值代入该拟合公式求得的流量值与电磁流量计测得流量值的差值的平均值为-0.004L/s,标准差为0.119,线性相关系数R2=0.989 1。该拟合公式相对于巴赞堰流公式形式简单、参数较少、运算简便,同时也满足节水灌溉对精准测流的要求,更适用于水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统,对于在灌区推广和使用该测控系统具有重要的意义。     

弹簧板式明渠测流装置的水力特性

为提高灌区精准量水技术,设计了一种基于弹簧形变量与渠道过水断面瞬时流量之间关系的明渠测流装置.该装置的模型试验在矩形渠道中,选定流量范围为20~85 m³/h,共在14个流量工况下进行.结合理论分析及数值模拟对该装置的流量公式、测流精度、水头损失等量测特性进行分析.研究结果表明:渠道过水断面瞬时流量Q同形变量d与参数C₁之和呈5/6次方关系,在量测板板宽为30,40,50,60 mm时Q与d+C₁的5/6次方的线性相关性良好;拟合得到弹簧板式测流装置的流量公式,公式计算流量和试验时的实测流量相吻合,最大相对误差为4.56%,其中板宽40 mm时的最大相对误差为1.43%;量测板上游水位的模拟值和实测值最大相对误差为4.54%,模拟结果与实测结果吻合;量测板产生的水头损失随着板宽的增加而增加,在板宽小于40 mm时,水头损失占比总水头均小于10%.研究成果为弹簧板式测流装置在灌区的应用提供了理论依据.     

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.     

矩形渠道梯形薄壁侧堰水力特性试验研究

侧堰作为一种量水设施,安装在渠道侧边,直接与小型渠道或田间入水口连通,无需改变原有渠道断面结构,具有体型简单、安装拆卸方便、精度较高等优点,有很好的应用价值,但目前对其堰型以及水力特性影响因素的研究还不深入,在前人研究的基础上,对矩形渠道4种不同堰角(θ=0°,3°,6°,9°)的梯形侧堰在7种不同流量下进行了49组试验,获得了侧堰附近水面线,并基于无量纲原理研究了流量系数与其影响因素之间的关系,推导了操作简单且精度较高的流量公式,侧堰正向放置时其最大相对误差为9.95%,平均相对误差为1.57%,逆向放置时其最大相对误差为9.93%,平均相对误差为0.28%,均满足灌区精度要求;研究了水头损失与流量及堰角之间的关系,堰角越大,水头损失越小,其变化范围为40%~70%之间。     

U形渠道三角剖面堰数值模拟与水力性能探究

为探究U形渠道三角剖面堰量水的可靠性及其水力特性,以更好地进行灌区科学化管理,合理分配水量。基于堰流原理,通过Fluent 6.3软件,采用VOF方法和RNG k-ε湍流模型对U形渠道三角剖面堰进行三维数值模拟,并对模拟结果进行分析。对不同流量工况下沿程水面线,流速分布,佛劳德数以及水头损失进行探究分析,得到水面线在量水堰处急剧下降,同时流速增大。水流流态从缓流到急流再恢复成缓流,临界流出现在堰顶处,且最大水头损失不超过上游总水头的13%,理论分析发现各项水力特性均符合经典水力学基本原理。建立流量公式并比较分析计算流量,模拟流量和渠道流量,最大误差为13.86%,最小误差为0.03%,基本符合灌区量水堰测流的精度。     

新型梯形量水堰水力特性试验及数值模拟

梯形量水堰因结构简单、测流精度较高而广泛应用在灌区末端渠道上,但现有灌区梯形量水堰存在的测流范围小、泥沙易在堰前淤积问题,严重制约着其应用推广,据此提出以改进堰为基础的堰孔组合的新型梯形量水堰.采用量纲一化分析法确定流量公式,并以水工模型试验结果为基础,率定数值模拟模型参数,利用Fluent软件计算获得4种新型梯形量水堰不同流量条件下的水深、堰流流量值、流速分布及速度矢量图,最后通过试验数据拟合出测流公式.结果表明：不同孔口高度的新型梯形量水堰孔口出流对堰上出流的影响随着堰前总水头的增大而逐渐减小;拟合的流量公式简明易用且通用性较高,平均相对误差为2.63%;将模拟结果与试验值做对比分析,二者吻合度较高,平均相对误差为2.53%,说明模拟结果具有一定的可靠性,可为堰孔组合式量水设施的工程设计提供参考依据.     

明渠非标准断面法测流水位流量关系的率定及影响因素分析

为探究明渠非标准断面法测流的水位流量关系曲线的率定问题,以新疆第三师某团场25处渠道量水断面为研究对象,利用FlowTracker 2手持式声学多普勒流速仪进行了水位流量关系率定工作.根据实测结果,率定了各渠道量水断面的水位流量关系曲线,并对所率定出的曲线进行了符号检验、适线检验和偏离数值检验及误差分析,在此基础上,对流量拟合参数的影响因素进行了分析.结果表明：所率定的25处渠道量水断面中,14处具有稳定的水位流量关系,5处受回水影响、6处受渠道淤积影响为不稳定的水位流量关系;在渠道粗糙系数Ra、边坡系数m及坡降i相同的条件下,流量拟合参数与渠道底宽b总体上呈正相关;在渠道粗糙系数Ra、边坡系数m及底宽b相同的条件下,流量拟合参数与渠道坡降i总体上呈负相关.研究结果可以为灌区自动化量水设备测流准确性的校核提供参考依据.