不同收缩形式长喉槽收缩率与泥沙淤积特性研究

长喉槽是一种经济、稳定、水头损失较小的量水设施，为优化其体型设计，并为其应用于含沙水流渠道量水提供参考，采用三维流体力学计算软件对不同收缩形式长喉槽内部的水流与泥沙特性进行了模拟计算。在验证数值模型可靠性的前提下，由弗汝德数、渠道超高分析确定了收缩率取值区间：仅有侧收缩形式0.36～0.40、仅有底收缩形式0.40～0.72、既有侧收缩又有底收缩形式0.36～0.73；水流含沙时，模拟结果表明泥沙主要淤积在长喉槽上游行近渠段，并且泥沙淤积厚度：仅有侧收缩形式<既有侧收缩又有底收缩形式<仅有底收缩形式。研究表明3种收缩形式长喉槽中，既有侧收缩又有底收缩形式结构设计灵活度高，从泥沙淤积角度考虑，仅有侧收缩形式最优，结论可为我国多沙河流灌区的长喉槽量水设计提供技术依据。     

长喉槽计算原理及几何设计

应用液体连续性方程和能量方程讨论了长喉槽水力计算的基本原理,采用边界层理论分析了水流流经长喉槽的水头损失,从而得到了计算长喉槽水位～流量关系的方法;通过对长喉槽运行机理的分析,采用动态二分副近法对长喉槽几何尺寸进行自动拟定,并应用Ｃ语言编写了计算长喉槽水位～流量叛乱 度及几何设计等的应用程序;将该部分应用程序与长喉槽ＣＡＤ绘图软件相结合,实现了长喉槽计算、设计、绘图一体化。     

灌区末级渠道量水设施水流水力特性数值模拟北大核心

针对支渠以下末级渠道流量量测精度高和水头损失小的要求,寻求不同量水槽与流量相匹配的适用条件。采用标准k-ε方程模型模拟不同流量情况下巴歇尔槽和长喉道槽内的水流水力特性,分析了不同流量条件下的模拟精度、水面线、流速、流线及水头损失变化。结果表明:(1)巴歇尔槽和长喉道槽的流量模拟误差均在10%以内,但巴歇尔槽模拟精度整体优于长喉道槽,巴歇尔槽流量模拟精度随流量增加而增加,而长喉道槽模拟精度随流量增加而降低。(2)巴歇尔槽和长喉道槽均对上游渠道产生壅水作用,但相比于长喉道槽,巴歇尔槽内水面线降落比较平缓,导致同流量下巴歇尔槽水头损失小于长喉道槽。(3)由于巴歇尔槽喉道壅水作用明显,巴歇尔槽喉道内流速增大是产生水头损失的主要原因,而长喉道槽产生水头损失的主要原因为槽底部断面变化。因此,综合考虑下巴歇尔槽适合于渠道小流量量测,长喉道更适合渠道大流量量测。     

无喉槽自由流的特性

前言水资源管理的基本点之一是决定明渠的流量。在灌溉渠道、水处理厂和废水净化厂中,都使用临界水深测流槽来测量流量。最普通的临界水深测流槽是巴歇尔槽。最近研制的一种测流槽叫无喉槽,见图1.它具有以下优点: (一) 在自由流和淹没流时均运行良好; (二) 由于它有水平底板,水头损失小; (三) 设计和制造简单。     

扭矩式明渠测流方法的研究

针对北方灌区斗、农渠数量多、底坡缓且灌溉水流泥沙多的现状，提出了一种扭矩式明渠测流方法。为了探索在矩形明渠水流冲击作用下测流圆杆对固定点的扭矩、水深与流量之间的理论关系，应用圆柱绕流原理对圆杆测流模型进行理论分析，并结合流速面积法，得出扭矩、水深与流量之间的半经验关系式，并在室内矩形明渠中进行标定。试验结果表明，扭矩式明渠测流方法具有较高的测流精度，计算流量与实测流量之间平均相对误差为1.212%，最大相对误差为3.18%，相对误差均小于5%，满足灌区量水要求。该测流方法水头损失小、成本低廉，测流精度较高，为灌区量水提供一种新的测流方法。     

长喉量水槽的设计原理和应用

为了使长喉量水槽在国内得到广泛的应用,充分发挥其优势,本文祥细介绍了它的结构和原理,几种喉部断面形状及其各自的流量计算公式;本文还对长喉量水槽的各项水头损失、临界淹没界限、量水精度、测流范围等作了充分分析;最后,简要介绍了长喉量水槽的一些优点。     

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。     

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。     

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.     

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。     

CSH-E型差压式明渠电子水表

湖北省灌区量水设备,按其构成形式大体为管孔、渠槽、堰闸三类。针对灌区支分斗渠量水设备使用面广量大,但在明渠使用存在杂物干扰大,野外防护难,使用成本高,不易推广的难点,湖北省水利厅研制出一种差压式(CSH—E型)明渠电子量水表。此种水表不依靠水流冲动叶轮传感转换,而由电脑跟踪水位。以     

薄壁微喷带沿程水头损失试验研究

【目的】研究薄壁型微喷带沿程水头损失的水力性能。【方法】采用控制变量法与L9(34)正交试验方案,对折径为N43、N45、N50、N64 mm的微喷带进行沿程水头损失水力性能试验,获取流量、长度、折径与水头损失等试验数据,分析流量、长度、折径三因素对沿程水头损失的影响程度以及水头损失相关水力性能参数,提出了沿程阻力系数,对沿程水头损失计算公式参数进行修改,得出了薄壁型微喷带水头损失计算参数。【结果】薄壁型微喷带沿程水头损失随着压力与铺设长度的增大而增大;折径、流量、长度的F值分别为90.314、26.056、19.041,表明对沿程水头损失影响依次减小。【结论】采用修改后的沿程水头损失计算参数计算薄壁型微喷带沿程水头损失值与试验值吻合较好。     

内镶贴片式滴灌带局部水头损失试验研究

通过试验研究了标准管径16 mm的5种内镶贴片式滴灌带的局部水头损失,分析了滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf和局部水头损失系数α的变化规律.结果表明:相同工作压力下,滴灌带当量直径随壁厚的增大而减小,造成沿程水头损失和局部水头损失的增大,局部水头损失与壁厚、滴头断面面积和雷诺数有关.随着雷诺数的增大,滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf减小,最小值可达到0. 67,但仍超过中国制定的微灌工程技术规范设计标准(0. 1~0. 2).通过对试验数据进行多元回归分析,提出了滴灌带局部水头损失系数与过水断面收缩比和雷诺数的关系式,相关系数为0. 96.     

梯形渠道机翼形量水槽试验

基于Hager对圆锥筒及圆柱体量水槽测流原理分析,推求出梯形渠道机翼形量水槽在自由出流时的流量理论计算公式,指出流量校正系数可由相对水头确定.选择6种收缩比进行了一系列室内模型试验,并根据试验数据建立了相对流量与相对水头的无量纲关系式.结果表明,相对流量与相对水头具有良好的相关关系,流量计算最大相对误差为±3.5%,该量水槽临界淹没度可达0.90,控制断面收缩比为0.372～0.585时可得到较好的量水效果.     

滴灌管水头损失影响因素试验研究

滴灌管的水力性能直接影响到灌水均匀度,是滴灌系统设计和运行过程中的重要指标。通过室内测压试验,研究了滴灌管管长、滴头间距、首部压力以及滴头接入等因素对滴灌管局部水头损失系数和沿程压力分布的影响。结果表明,滴灌管总水头损失随管长的增大、滴头间距的减小而增大,首部压力增大在使得损失增大的同时也使得管路沿线压力分布更为均匀。通过分析每种工况下的水头损失构成,得出局部损失系数ζ在0.137~0.767之间变化,表明有些情况下局部损失在总损失中占有不可忽略的比重。局部损失系数随入口雷诺数的变化不明显,但与滴头间距s和滴头所在位置处过水断面的收缩比ε呈明显的负相关关系,通过回归得到了以ε和s表示的ζ的经验公式,决定系数R2为0.915,并结合经验能坡曲线给出了确定滴灌管沿程任意位置压力大小的方法,计算与试验实测结果拟合效果较好。     

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。     

拍门水头损失系数试验研究

通过对螯块拍门水头损失系数的试验研究，给出了整块拍门水拍门水头损失系数和经验公式，为泵站和拍门的设计计算提供了技术数据。     

虚拟节点有限元法解析滴灌支管水力学计

滴灌支管和毛管组成的支管单元的水力学计算是滴灌管网水力学设计的关键环节.运用虚拟节点有限元法和虚拟节点平均水头损失有限元法解析支管单元的水力学计算,可以计算出支管和每根毛管的水头损失,同时显著减少计算量,研究结果为包含几十万乃至上百万个滴头的滴灌系统水力学设计提供了新的方法.     

新型超声波方形量水槽测流误差试验研究

为提高新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流量精度,加强新型超声波方形量水槽在明渠量测水中的适应性,进而推进灌区信息化建设,在超声波方形量水槽前后加设水力收缩段,并引入水力学公式辅助测流,最后与三角堰进行流量误差对比试验研究.研究结果表明:无收缩段的方形量水槽在淹没出流条件下测流误差低于8%;有收缩段方形量水槽在流量大于0.1 m³/s时测流误差低于8%;流量小于0.1 m³/s时收缩段流量公式计算误差小于5%.收缩段和水力学公式辅助测流的方法有效改善了新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流精度,提高了新型超声波方形量水槽在明渠量水中的适用性,为超声波方形量水槽在实际量水中的应用提供技术保障.这种精度高,适应性强,测流简便的新型量水槽节约了明渠量水所需的人力物力,推动了灌区量水信息化的建设进程.