基于稀释法的矩形明渠自动测流研究

为了探索基于稀释法的自动测流装置在矩形明渠中的测流精度及影响因素,利用YD-1H型盐度计测量示踪剂溶液投入前后矩形明渠水流的盐度变化,可得到各个时段水流的盐度值。基于稀释法的自动测流装置结合了YD-1H型盐度计与物联网云平台,自动测量水流盐度,从而得出流量Q=C_1V/∫■(C_2-C_0)d t。通过观察电磁流量计的流量以及对实验测流数据的分析,结果发现,基于稀释法的自动测流装置得到的流量与矩形明渠中实际流量平均相对误差在4%以内,符合明渠测流装置测量精度的要求,进一步证明了基于稀释法的自动测流装置的可行性,具有一定的推广应用价值。     

基于FLUENT的摆杆式明渠测流特性数值模拟

为更好地进行灌区输配水管理,提高灌区量水精度,对摆杆式明渠测流装置在D50型U形渠道中测流特性进行数值模拟研究。基于计算流体力学,通过FLUENT软件,采用VOF方法、Realizable k-ε湍流模型以及动网格技术对3种不同材质测流摆杆测流特性进行数值模拟,并利用后处理软件对模拟结果进行分析,发现模拟渠道水位随着流量的增大而增大,水流最大流速位于水面下方,符合明渠水力学基本原理;采用动网格技术对测流摆杆摆动特性进行模拟是可行的;利用测流公式算得流量与实际流量之间平均相对误差小于3%,可以满足明渠测流精度要求。     

横向摆杆式明渠测流方法在矩形渠道中的应用研究

为了提高灌区内的量水准确度,利用横向摆杆在水流冲击及扭转弹簧共同作用下产生的水平转动角度θ与渠道过水断面流速v之间存在的数学关系,提出一种基于流速面积法的明渠测流方法.通过对横向摆杆式明渠测流装置在矩形渠道中进行物理实验,并在FLUENT计算流体力学软件中采用VOF两相流模型和标准k-ε湍流模型对测流过程进行模拟仿真,...     

不同坡度下摆杆式测流仪量水特性的研究

灌区精准量水是实现水资源可持续发展的关键所在,针对明渠测流技术提出了一种基于摆杆摆动角度与渠道过水断面瞬时流量之间关系的明渠测流方法。为了研究不同坡度下摆杆式明渠测流装置的测流特性,利用摆杆式测流仪器在D50 U型渠道上进行测流试验,并结合量纲分析法对试验结果进行处理,研究表明:摆杆式明渠测流仪摆动角度θ与渠道过水断面瞬时流量Q之间关系为:Q=K(L sinθ)5/2,在坡度为1/500、1/1 000、1/2 000、1/5 000与1/10 000的D50 U型渠道中线性相关性良好,测量精度可以满足明渠测流要求。     

明渠水流测线平均流速横向分布及其应用

基于室内与田间试验,分析了明渠水流流速分布特性,提出了水流测线平均流速横向分布抛物线规律和明渠测流方法。结果表明,抛物线规律表达测线平均流速横向分布具有较高的计算精度,在(1-2x/B)>0.1的范围,实测与拟合计算流速的相对误差在±5%之间;利用测线均速抛物线规律对不同渠形测流具有良好的适用性,相对误差在±5%之间,且减轻了田间施测工作量和便于灌区测流自动化。     

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.     

明渠测流及量水槽精度的鉴定

水的逐步商品化要求供水计量精度得到保证，特别是大流量的农业灌溉或工业供水尤显重要，大水港灌溉工程高于干渠渠首无喉道量水槽的量水精度，采用明渠测流法进行精度鉴定，并在定量定性的基础上，评定量水槽的适用性。     

明渠测流及量水槽精度的鉴定

水的逐步商品化要求供水计量精度得到保证，特别是大流量的农业灌溉或工业供水尤显重要。大水港灌溉工程高干渠渠首无喉道量水槽的量水精度，采用明渠测流法进行精度鉴定，并在定量定性的基础上，评定量水槽的适用性。     

矩形明渠流速分布特征及其在流量量测中的应用

通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠流速沿垂线分布的抛物线公式和流速横向分布的乘幂函数公式,拟合分析给出了流速分布系数的确定方法。实测渠道流速资料验证表明,所提出的明渠流速分布规律与实际分布一致。根据提出的明渠流速分布规律,给出了确定明渠流量的简易测定与计算方法,计算相对误差较小,可以满足明渠流量计量的精度要求。在此基础上设计了实用流量自动化测量系统,可以简化明渠测流工作量,降低测量成本、提高明渠测流精度,已在一些引水渠道中使用。     

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.     

灌区量测水方法与技术研究进展

精准的灌区量测水方法与技术是减少灌区无效弃水，保障灌区用水安全的重要手段。针对灌区明渠量测水方法与技术，系统阐述了水工建筑物量水、特设量水设备量水、流速—面积法量水和水位—流量法量水4种方法的研究进展，归纳分析了4种量测水方法的适用条件及量测精度，阐述了不同场景下明渠量测水方法应用情况。结果表明：配备水位传感器等设备的量水建筑物为数据获取与传输提供了便利；优化建筑物结构特征可提升建筑物适用范围和测量精度，推动了特设量水设备技术发展。流速—面积法因量测精度高常用于校准其他量测水方法，但其操作复杂、耗时长导致测流效率较低，随着超声波等技术日趋成熟，可用以复杂流态流量的测量工作；流速分布规律作为流速—面积法量水的基础，利用流速分布规律可建立点流速与断面平均流速的关系，进而通过点流速获取断面流量。水位—流量法受断面参数影响显著，仅对特定工况可用，因此难以推广。利用机器学习方法处理大量水位与流量关系的历史数据对水位预测流量提供了数据处理手段。最后，探讨了非接触式量测水技术以及模型算法对流量预测的发展前景，结合目前研究基础和实际需求对未来的研究方向进行了讨论，以期为进一步提高量测水精度、降低量测水...     

浮筒式升降闸门水力性能数值模拟

为了探讨浮筒式升降闸门量水机理,理论分析了浮筒式升降闸门水力特性及流量计算表达式。实测流量与计算流量对比表明,浮筒式升降闸门流量公式测流精度较高且形式简单,适合末级渠道的量水。同时,采用数值分析对不同流量、不同闸门开度条件下的过闸水流流场进行模拟,讨论浮筒式升降闸门测流过程中渠道内的水面线情况、各控制断面的流速分布、闸前弗劳德数Fr以及闸门测流精度。结果表明:模拟流量、水深与实测流量、水深吻合较好;试验及数值模拟得到的闸门前弗劳德数Fr均小于0.5,满足测流要求。     

基于水面一点法的明渠流量计算方法研究

针对当前接触式流速仪测流难度大的问题，提出了一种非接触式流量计算方法。由于渠道水流中垂线平均流速与断面平均流速近似相同，垂线平均流速与垂线水面处流速的比值为恒定值，因此可以通过该恒定值与中垂线水面流速、断面面积三组参数实现对明渠断面流量的计算。以东深供水工程某段矩形明渠为研究对象，对不同垂线上实测流速进行积分计算垂线平均流速，通过实测流速拟合抛物线函数流速分布公式计算垂线水面处流速，同时将垂线平均流速与垂线水面处流速的比值作为流量系数。结果发现，基于该流量系数的计算流量与实测流量十分接近，表明本文提出的水面一点法保证测流精度的同时能有效降低测流难度。提出的基于水面一点法的明渠流量计算方法具有较高精度，可为东深供水工程渠道流量实时监测及其他灌区快速测流提供理论依据。     

标准U形渠道多孔板式测流的数值模拟研究

为了探索多孔板式测流装置在标准U形渠道中的测流精度及影响因素,利用Fluent数值模拟软件对不同流量下的水流流场进行模拟,可得到各个时段水面线的云图。多孔板式测流装置的每对流道相当于一个毕托管,利用动静压管中水的高差即为流速水头,从而得出流速■。通过观察水面线的变化以及对流速数据的分析,结果发现,数值模拟得到的流速与实际实验得到的流速平均相对误差在5%以内,吻合度很好,符合明渠测流装置测量精度的要求,进一步证明了数值模拟的准确性及可行性。     

明渠非满管电磁流量测箱测试评价

为明确非满管电磁流量测箱在明渠正常输水及不同干扰物存在条件下测流结果的精确度及稳定性,将不同流量测箱与标准流量计在不同工况条件下的测量结果进行对比分析,结果表明:超声、压力液位流量测箱在不同工况下与标准流量计测得流量数据符合测流精度要求;从测流数据的稳定性角度考虑,超声、压力液位流量测箱测量数据的标准差等参数较压力A型流量计低,压力液位流量测箱的误差分布在0.047 28~0.091 34,超声液位流量测箱的误差分布在0.047 50~0.092 50,压力液位A型流量计误差分布在0.044 90~0.092 30;从宁夏灌区实际情况考虑,超声、压力液位流量测箱能在不同工况下工作且精度较高,可以适当推广应用.     

基于断面比能和大数据的明渠量水方法及其应用研究

根据明渠恒定渐变流形成条件和水力特性,以断面比能为理论依据,采用迭代法计算明渠流速、流量,构建了基于断面比能和大数据的新型明渠双水位量水方法。通过在冶河灌区实际应用,对采集的水深数据和实测的流量数据进行大数据计算,得出不同上下游水深对应的水力坡度和流量,提出糙率按水深和时段分区取值,并在此基础上绘制明渠恒定渐变流Q～H_s～ΔH关系曲线,分析实际工程中时段、边壁条件对糙率系数的影响,阐述明渠量水段应具备的条件。该方法理论依据充分,糙率取值较合理,流量精度较高,研究结果可为灌区量水技术方法创新和应用提供参考。     

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。     

明渠水流流层平均流速分布规律及其应用

为提高灌区用水管理水平及水资源利用效率,基于室内及田间实测资料,利用指数律计算了流层平均流速,采用双幂律拟合流层平均流速垂向分布,给出了相关参数的确定方法,并基于流层平均流速分布双幂律提出了"水面流速法"实现明渠测流。经室内及田间实测资料验证,双幂律可以准确表达流层平均流速垂向分布特点,在0.1≤y/h≤0.95的范围内,除个别点外,双幂律计算流速与实测流速的相对误差在±5%以内;首次提出的"水面流速法"只需测量水面中点流速及水位,即可根据断面参数计算渠道流量,测流结果精度较高。与传统方法相比,"水面流速法"无需改造渠道,不干扰水流,在不降低测流精度的条件下,大大节省了田间测流工作量,适应灌区对量水自动化与信息化的发展需求,可以在生产实际中推广应用。     

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.     

宽顶堰平板压差式量水闸过流规律

灌区水量的测量问题正日益受到关注。对于平原灌区，研究利用以淹没出流为主的工作闸门进行渠道量水具有现实意义。基于孔板式流量计的测流原理，提出一种平板压差式量水闸门。选择不同闸门开度e与闸门上游水深H组合，通过室内试验研究分析了闸孔淹没出流的相关测流规律，得出实用的流量系数经验公式。结果表明，该型闸门结构简单，取压方便，量水精度较高，集水位流量调控与测量为一体，适合应用于平原灌区。