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。     

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。     

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。     

过流调控型渠道测流装置试验研究

基于薄壁堰测流原理,设计了过流式水位流量可调新型渠道测流装置,并通过试验拟合测流装置在6个不同仰角下自由出流时的流量计算公式,绘制不同仰角下流量与堰上水头的关系曲线。结果表明,流量与堰上水头具有良好的相关关系,流量计算最大相对误差为3.83%;流量相同情况下,仰角越小,堰上水头越大。该测流装置临界淹没度达0.90以上,可应用于替代渠道进水闸、节制闸,同时具备水位调控与流量量测功能。     

渠系水利用系数测算方法研究

根据渠道水入渗理论和渠道流量、损失量的试验数据,研究渠道水入渗的过程,分析入渗的影响因素,建立渠道水损失和渠系特征(渠系分布、渠道断面、设计流量)、渠床特征(衬砌类型、土壤质地、地下水埋深等)的关系。对原有输水损失系数经验公式进行改进,得出无论是Kostiakov经验公式计算还是积分改进公式计算,渠道流量与长度均与渠道损失流量成正相关关系。但是随着渠道长度的增加,Kostiakov经验公式体现出了不足,其计算结果与积分改进公式计算结果的相对误差逐渐增大。同时在江西省赣抚平原灌区采用动水测定法引入实测数据对改进的经验公式进行验证,验证结果表明改进经验公式法计算过程中采用某级渠道的灌溉水利用系数作为扩大指标来计算同级其他渠道流量不能真实反映整个渠系情况,较实际情况存在偏差,但改进经验公式求得的结果代表了渠道的现有衬砌状况,更为合理可靠。     

微灌系统有限元法水力解析和设计（五）

表3．3中列出的是每条毛管的流量公式的回归相关系数。标准差、平均相对误差和最大相对误差，从表3．3中可以看出，所有毛管的流量公式的回归系数卜勺都高于0．999，标准差小于1．OX10－0．'m3／S，平均相对误差小于0．5％。同时在研究中也发现，在大多数情况下最大相对误差出现的位置都在最大压。力水头和最小压力水头的附近，在模拟毛管流量公式时，如果压力的范围选择适当，毛管流量公式的最大相对误差可以减少到回％以下。所以，用多项式作为毛管流量公式来表示毛管人口处的流量与压力的关系是非常有效的。表3二3对28条典型毛管的流量…     

梯形渠道跌水口量水的试验研究

跌水是一种较为常见的渠系建筑物,当水流经过跌水口时必然产生缓流向急流的过渡。在梯形渠道上通过2种不同的连接渐变段(扭面与隔墙)以及不同的堰厚和缺口宽度组合,进行了系统的跌水口量水试验,应用量纲分析法建立了2种连接渐变段在不同堰厚下的流量公式,得出流量计算的平均相对误差最大值为3.002%。     

宽带声学多普勒技术用于灌区量水

在美国加利福尼亚州Imperial灌区进行了H-ADCP现场试验，同时采用便携式微型ADCP测验流量。利用实测数据建立了断面平均流速与指标流速的关系（数学模型）并用来计算流量。并且采用数值法（无需率定）计算流量。指标流速法和数值法计算水量与微型ADCP实测水量的相对误差分别为-0.14%和1.64%。指标流速法和数值法计算的在H-ADCP采样期间（历时3h 44min）该渠道输运的总水量分别为17590.6m3和17949.31 m3，两者相对误差仅为1.0%。试验结果证明了指标流速法和数值法的有效性，表明H-ADCP为实现灌区在线流量监测提供了新的有效方法。     

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。     

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.