U形衬砌渠道结构及水力最佳断面的分析

通过对U形断面渠道的衬砌冻胀破坏特征、机理的分析,指出最优U形断面应是从结构和水力两方面考虑的,通过合理的假设,建立简单的力学模型,以衬砌体结构抗冻胀性能最优及水力最佳为原则,最终推出最优的U形渠道断面参数孤底圆心角和圆弧上部直线段的长度.同时,指出了U形衬砌渠道的冻胀力分析可以表达成最大冻结力的函数,而最大冻结力是反映土质、负温及水分状况的综合指标,只要根据经验或实验确定了最大冻结力,再结合渠道几何要素及衬砌材料的力学指标和衬砌结构的有关参数,就能计算出最优U形断面的参数,使问题简单化、定量化.该计算方法的结果表明符合工程实践的要求,而且安全合理,使用简单.     

U形渠道直壁式量水槽水力特性的研究

灌区的水费改革有利于我国节水制度的加强,这就需要推广一种切实、有效的量水设施,而U形渠道直壁式量水槽由于具有与U形渠道自然衔接,不抬高底坎,过沙能力较强,工程量较小,量水精度较高的优点,是U形渠道理想的优化选择。对U形渠道直壁式量水槽进行试验,并对实验数据进行分析,得出U形渠道直壁式量水槽的基本水力特性。     

U形渠道均匀流水深的简捷计算方法

Ｕ形断面是明渠最佳过水断面,已逐步得到了推广应用。但在水力计算中求解均匀流水深值时,显得十分繁琐。长期以来人们只能采用试算法求解。根据Ｕ莆渠道水力要素的具体特点,研究探讨出一种简捷可靠的计算方法,不需试算而直接一次求解。     

U形渠道跌水口量水试验研究

针对底坡较陡的U形渠道的量水设施匮乏的问题,提出利用U形渠道跌水作为量水建筑物,在U形渠道跌水上游临界水深h_c与流量关系的理论分析的基础上,通过4种底坡、6种流量下跌水口水力性能原型试验,测量了跌水口上游各断面水深,分析了不同底坡、不同流量条件下水面线变化趋势,结果表明:底坡不变时,跌水口上游各断面的水深随流量的增大而增大;跌水口水深h_e与临界水深h_c具有良好的相关关系,建立了两种h_e与h_c的关系式,计算流量与实测值非常接近,误差小于10%。     

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。     

准梯形及U形断面收缩水深简捷计算方法

根据准梯形及U形断面收缩水深的基本方程,经数学变换得到计算收缩水深的迭代计算公式,并结合收缩断面水力特点证明了该迭代式的收敛性,同时应用马克劳林级数展开迭代式,略去高阶无穷小量和回归分析的方法得到4种不同形式的收缩水深的近似式.误差分析及算例表明,利用回归分析得到的近似式具备简捷、准确、适用范围广的特点,在工程实用范围内,最大误差不超过0.32%,可以满足精度要求,克服了以往用查图查表及试算迭代法的缺点.     

圆底U形渠道均匀流水深计算方法的进一步简化

在均匀流水深计算公式的基础上 ,通过对复杂函数的级数展开及简化 ,建立了一种可直接完成求解计算的简捷公式 ,在工程实用参数范围内 ,求解成果的最大相对误差小于 1 .5% ,满足工程设计的精度要求 ,可在实际工作中应用     

小型U形渠道标准断面量水的简化方法

针对宁夏项目区农民用水协会（WUA）组织内部实施量水到户遇到的实际问题,考虑到农业综合开发田间配套工程中已在农渠等小型U形渠道上修建了部分用于渠道量水的标准断面,提出了流速服从紊流型态的普朗特指数分布规律的小型U形渠道断面测流的简化方法以及相应的断面流量计算公式。算例表明,与采用量水堰测流或分层测流计算结果相比较,简化方法的误差小于10%。但是,简化方法所基于的断面流速分布规律以及在U形渠道中垂线上所选择的代表断面平均流速测流位置的有效性,还有待于进一步研究。     

U形渠道跌水口量水试验研究北大核心

针对底坡较陡的U形渠道的量水设施匮乏的问题,提出利用U形渠道跌水作为量水建筑物,在U形渠道跌水上游临界水深h_c与流量关系的理论分析的基础上,通过4种底坡、6种流量下跌水口水力性能原型试验,测量了跌水口上游各断面水深,分析了不同底坡、不同流量条件下水面线变化趋势,结果表明:底坡不变时,跌水口上游各断面的水深随流量的增大而增大;跌水口水深h_e与临界水深h_c具有良好的相关关系,建立了两种h_e与h_c的关系式,计算流量与实测值非常接近,误差小于10%。     

灌区U形渠道机翼形量水槽水跃特性的研究

机翼形量水槽是一种适用于平原灌区末级渠系的新型量水设备,其槽后水跃的相关参数是判别量水槽选型是否合理的重要标准之一。为对该问题进行深入研究,选用在灌区末级U形渠道中较有代表性的0.45与0.49两组收缩比,采用基于Tru-VOF方法追踪自由液面、Favor技术实现网格优化的Flow-3D软件,对U型渠道机翼形量水槽水跃进行三维数值模拟,提取槽后水跃的时均流场、流速分布、共轭水深、水跃长度等相关参数,并通过水工模型试验对数模结果进行验证。对比结果表明,二者吻合度较高,从而证明本文所建立的紊流数学模型是合理的,对水跃问题的研究以及机翼形量水槽在平原灌区U型渠道的应用提供一定的工程技术参考。     

U形渠道便携式板柱结合型量水槽水力性能研究

针对灌区小型渠道数目多、需测控的断面多、而宜采用的移动式量水设备仍不够完善的问题,借鉴移动式薄板量水槽和圆柱量水槽的优点,设计了一种便携式板柱结合型量水槽,在分析量水槽测流机理的基础上,开展原型试验和数值模拟研究,并应用量纲分析法建立测流公式。结果表明,量水槽具有较好的水位-流量关系,上游壅水高度在1. 85～13. 69 cm之间,临界淹没度在0. 70～0. 91之间,槽前弗汝徳数均小于0. 5;板柱结合型量水槽比现有的圆柱量水槽和带尾翼的圆头量水槽体型小,便携度高,流线分布稍差,上游壅水高度稍大,临界淹没度稍低,但能满足灌区测流要求;量水槽测流精度高,平均测流相对误差为2. 07%。     

小型U形渠道适宜量水设备浅析

在节水灌溉技术的推广应用中,灌区量水是一项基础的、关键性的技术.灌区量水设施灌区节水、实现水资源高效可持续利用具有重要意义。随着节水农业的发展和水价制度的改革，迫切需要研究并推广可对灌区末级渠系计量的量水设备。抛物线形移动式量水堰板和便携式量水槽是针对小型U形渠道测流而提出的量水设备，具有使用方便，结构简单等优点。通过对2种量水设备的比较，模拟分析了在不同渠道条件下的量水性能指标。结果表明：2种量水设备的量水精度均可满足灌区测流要求；抛物线形移动式量水堰板测流幅度大，渠道适应性好；在可以适用的缓坡渠道条件下，可优选便携式量水槽。     

U形混凝土衬砌渠道断面的一种优化设计方法

明渠衬砌Ｕ形断面渠道设计中仍存在一定的缺陷。以总费用（或投资）最小为目标，建立了Ｕ形渠道断面优化设计模型，采用比例系数法，将优化设计数学模型简化，用ＰＣ—１５００计算机求解了衬砌Ｕ形断面渠道在工程费用较小时的断面设计参数。     

悬链线形断面正常水深与临界水深的直接计算

近年来,悬链线形断面渠道得到越来越广泛的应用。悬链线形断面的临界水深和正常水深的计算需求解超越方程,无解析解。首先,结合悬链线形断面的几何特征、水力要素、均匀流与临界流的基本方程,引入合适的无量纲参数,导出悬链线形断面的均匀流和临界流方程;经数学变换后得到悬链线形断面正常水深和临界水深的牛顿迭代式,并利用优化拟合原理求出二者的初值计算公式,一次迭代后得到正常水深和临界水深的直接计算公式。最后对公式进行误差分析及比较,表明在工程适用范围内,正常水深和临界水深直接计算公式的最大相对误差绝对值分别为5.33×10^-5%和5.05×10^-5%,二次迭代后精度可分别提升10^8和10^6倍。     

U形渠道量水槽的比较与选型

U形渠道具有其他形式输水渠道无法比拟的防渗效果好、整体性强、输水率高、抗冻胀、渠道占地面积小等优点,在渠灌区已经作为标准渠道推广应用,但U形渠道的量水槽选型是困扰U形渠道推广应用的瓶颈.目前作为标准推广应用的U形渠道的量水设施有3种,在通过实验室和灌区实际测试的基础上,从不同的角度对3种量水设施进行对比分析,为灌区U形渠道量水设施的选型提供依据.     

U形渠道半圆柱形量水槽的数值模拟

通过室内试验,利用Flow-3D软件,采用True VOF法和RNGk-ε紊流模型对U形D40渠道半圆柱形量水槽进行了三维数值模拟。试验设置了4种不同收缩比(ε=0.27、ε=0.32、ε=0.36、ε=0.52)的半圆柱形量水槽,获得了18种工况下量水槽内的水面线及流量等水力要素,与实测值进行对比分析,得出了水位与流量曲线,并拟合出了其流量公式。结果表明,数值模拟的自由水面线与试验结果基本一致,模拟值与实测值最大相对误差均小于5%。因此,采用数值模拟方法能够有效模拟半圆柱形量水槽的三维水流特性。     

U形渠道适宜量水设施及标准化研究

对已有U形渠道量水技术进行了比较评价,提出了适宜于不同规格U形渠道的量水技术与设施的选配模式。开展了U形渠道平底抛物线形无喉段量水槽设计与标准化研究,提出了以抛物线形状系数P值为指标的共计28个标准量水槽,并在实验室和灌区进行了实验和现场观测,结果表明,实测值与理论值吻合较好,满足测水要求。     

基于拉格朗日法的抛物线形复合渠道的水力最佳断面

针对标准抛物线形渠道渠口宽、深度大、难以适应大中型渠道等问题,提出了一种新型平方抛物线形渠坡和水平渠底的抛物线形复合渠道,同时推导出了抛物线复合渠道水力要素计算公式,并以水深、水面宽度和水平渠底宽度为变量,利用拉格朗日乘数法建立求最优解的迭代方程,借助Mathcad数学软件进行计算,推导出了抛物线复合渠道水力最佳断面情况下流量和水深的关系式以及水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式。通过实例计算,当流量Q为12 m~3/s时,在水力最佳断面情况下抛物线复合渠道的水深H0为2.263 m,水面宽度B0为4.538 m,过水断面面积A0为7.463 m~2。结果表明,相同流量下抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.67%,比弧脚梯形渠道减小了0.84%,比抛物线形渠道减小了1.05%,表明抛物线形复合渠道是更为优越的渠道断面形式。     

梯弧形明渠水力最佳断面的设计

该文讨论了梯弧形明渠输水断面的特点,导出了梯弧形明渠水力最佳断面的几何尺寸及水力要素的计算式;论证了梯弧形比工程中常用的梯形断面,具有较好的水力经济性,更大的边坡稳定性及更小的水流冲淤性等优点,值得在工程实践中推广使用。文中还编制了不同边坡系数值时,设计计算梯弧形水力最佳断面尺寸的系数表,使运算简捷方便,最后给出了算例。