基于Tsallis熵的两点法确定明渠断面流速分布及数值模拟验证

在现代农业灌溉中，为了得到明渠断面的流量，首先需要确定明渠断面的流速分布，然而以往的流速分布公式大都不够准确，无法满足精准灌溉的需求，针对这一难题，在基于Tsallis熵推导流速分布的基础上，对熵参数重新推导，提出新的熵参数，进一步简化了流速分布公式，提出两点法确定断面流速分布的研究方法，并结合实测资料和数值模拟软件进行验证。结果表明：通过测量水面下断面中心线上一点流速值u_c与相同水深下另一点的流速值u_z，可计算出流速分布公式中两个未知参数G_p、m_p，确定该水深位置横向流速分布公式，再通过已知参数计算出断面最大流速u_max，并确定断面中心线流速分布公式。与以往的流速分布公式相比，两点法更加简便，能够较好的应用在工程实际中，具有较高的理论意义和实用价值。     

基于流速分区理论的半圆形明渠测流点布控方法研究

【目的】针对半圆形渠道进行物理模型试验研究,揭示半圆形渠道沿壁面法线方向平均速度特征位置的分布规律,为非标准断面渠道测流方法提供新思路。【方法】基于不同水力条件下渠道断面流速的量测结果,从流速分区理论出发,利用经典对数公式推导半圆形渠道断面测速法线上平均流速特征位置点的理论计算公式,考虑侧壁对摩阻流速的影响,基于测定特征位置的流速从而得到整个半圆形渠道断面的平均流速。【结果】本研究提出半圆形明渠在过圆心的测速法线上平均速度特征位置的计算公式,与试验结果相比,该公式计算结果所得平均误差在10%左右,该公式能较好地反映半圆形明渠测速法线平均速度特征位置的分布特性;沿测速法线方向分析半圆形明渠断面流速分布精度更高,流速分布规律的分析也更加合理。【结论】平均流速特征位置点理论公式计算结果与模型试验结果较为吻合,公式精度较高,工程中可通过测量特定位置的点的流速进而推求断面平均流速,达到快速准确确定渠道断面流量的目的。     

U形渠道断面测流及流速分布试验

从试验的角度使用断面测流方法，针对三种不同规格的U形渠道测量断面流速分布，运用数学拟合方法，探求U形渠道流速分布规律，并分析出了相应的U形渠道过水断面流量的积分求和公式，以求对以后的U形渠道量水工作有所帮助。     

基于ANSYS CFX的细沟水流切应力分析

为探明细沟断面的发育过程,利用流体力学软件ANSYS CFX 15.0.7对细沟的发育变化过程进行数值仿真,研究细沟断面水流流速及切应力分布,结合实测细沟发育,分析了细沟断面水流流速特征和切应力特征,从计算流体力学角度探索了细沟在水流冲刷情况下的断面发育机理。结果表明:利用CFX数值仿真建模的方法,得到了染色法测定细沟水流流速时的修正系数为0.78。宽浅式细沟断面切应力小于窄深式断面,细沟水流切应力主要集中在1.41~2.10 Pa之间。水流切应力决定着细沟断面的发育,断面各点的切应力与断面各点发育较为吻合,切应力与断面各点的发育密切相关。     

U形渠道断面流速分布规律的初步研究

通过对U形渠道断面流速分布进行理论分析和试验研究,发现断面内最大流速发生在水面以下,综合国内外学者使用不同的流速仪对矩形明渠和复式断面明渠的试验资料,得出最大流速发生在水面以下是由于二次流的存在引起的。分析水槽实测流速,发现由于最大流速发生在水面以下,使得中垂线流速分布与对数律流速分布形式和抛物线形式拟合曲线都有一定的偏差。     

宽浅式梯形渠道流速分布规律及流量计算方法研究

为研究宽浅式梯形明渠流速分布规律，简化渠道流量测量过程、提高测流精度、促进灌区工作效率提升，利用声学多普勒剖面流速仪进行流速、流量、断面面积的测定；通过正交距离回归算法对相对流速和相对水深与二次抛物线函数拟合，得到垂向流速分布规律，根据横向流速分布规律结合测量数据，利用线性拟合分析得到横向流速分布影响系数，最终通过待定系数法得到断面平均流速与中垂线表面流速的系数值。结果表明：测点实际流速与平均流速之比作为相对流速，拟合得到的宽浅式梯形渠道断面流速分布规律R2均在0.937以上，拥有较好的相关性；宽浅式梯形渠道测线平均流速横向流速分布符合乘幂函数分布形式，并对横向流速流速分布公式进行流速验证，在横向相对位置0.2<(B-2 d)/B<1区间内误差均小于5%；推导出了宽浅式梯形渠道中垂线表面流速与断面平均流速关系，对AB两地宽浅式梯形渠道干渠进行断面流量验证，实测流量与计算流量的误差小于5%，符合量水规范的要求，可实际用于灌区量水。     

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...     

流速仪法多用途智能测试仪

介绍一种使用旋桨式流速仪 ,可同时对多个流道进行流速和流量测量的升级型智能仪器系统的工作原理、构成、性能以及采用五线五点法、对数 -线性法、虚拟矩型断面法、圆环等面积法和逐线测量法等多种可选择的测点分布方式来测量和计算流道流量的方法。     

U形渠道断面测流及流速分布试验研究

从试验的角度使用断面测流方法,针对3种不同规格的U形渠道测量断面流速分布,运用数学拟合方法,探求U形渠道流速分布规律,并分析出了相应的U形渠道过水断面流量的积分求和公式,以求对以后的U形渠道量水工作有所帮助.     

U形渠道断面测流方法

根据流速指数分布律和实测中垂线流速，分析建立了计算U形渠道过水断面流量的积分求和公式。通过实例介绍了具体的U形渠道断面测流方法，便于灌区生产中应用。     

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。     

轴流泵出口能量分布特性与测定

试验发现，用常规方法测定的轴流泵出口能量偏小。为揭示其原因，用五孔探针测定轴流泵出口流场，结果表明，出流具有较大的周向流速，断面轴向流速分布很不均匀，各点单位势能不等，出水管内为螺旋流动，属急变流，简要分析了它的形成机理，并给出了用常规方法测定轴流泵出口能量的修正方法。     

基于五点法的矩形渠道流量自动检测系统

在水文测验中，为了满足在复杂环境下的流速、流量检测的自动化，设计了明渠流量自动检测系统。该系统以五点法为基本检测原理，并将流速、流量的测量与一套完备的机械传动装置相结合。应用经典的MCS-51系列单片机来采集水位与流速的信号并按照既定的算法计算出矩形渠道的实时流量值，并控制着平面直角坐标机械传动装置的流速测杆在矩形断面范围内自动改变位置，以实现系统的自动化，并通过RS232或RS485总线与上位机进行通讯传输，实现在线监控。     

MEMS流速仪流体动力学设计

针对MEMS技术在流速测量的领域的应用,设计了一种基于MEMS技术的在线流速仪。为了优化传感器探头结构设计与芯片选型,利用CFD方法建立流速仪的流体动力学模型,对其施加外部复杂对流-传热耦合热边界条件,进行流固耦合传热计算,得到不同直径的流速仪温度场分布。采用遗传算法对CFD方法计算结果进行拟合,建立了探头温度T与水流速度V及探头直径D之间的修正方程。测试结果表明:传感器探头温度随着水流速度的增加而呈指数形式减小,随着探头外径的增加而减小。当水流速度小于0.1m/s时,探头温度随速度减小变化较快,即该量程范围内测量精度较高。     

闸前梯形断面90°弯道水流垂线纵向流速分布的实验研究

在实验的基础上，对平底平板多孔问问前梯形断面90°弯道水流垂线纵向平均流速分布规律进行了研究，得出了垂线纵向平均流速沿流程的分布规律，为弯道纵向流速的理论研究提供了可靠依据。     

多通道旋桨式流速仪信号检测系统

在大型泵站、水电站及灌区的压力管道或明渠的流量测试中,经常采用旋桨式流速仪测定过流断面数个不同位置的点流速,然后通过计算,求得流量。在水流的推动下,流速仪的旋桨转动,产生与流速成正比的脉冲信号。目前对信号的记录多采用计数器和多通道光线示波器,当多台流速仪同时工作时,前者就要增加仪表的台数,不仅成本高,     

梯形断面明渠三维紊流数值模拟

为研究梯形断面明渠的流速分布，建立了一个三维紊流数学模型。该模型采用重整化群 （RNG） 模型来封闭雷诺平均的N—S方程；用SIMPLE算法对压力—速度场进行求解；为考虑空气对水流流速的影响采用VOF方法追踪自由水面，并用施主—受主方法求解水体体积率控制方程。最后，在现场实测的基础上，运用本文模型对一实际梯形断面明渠水流进行了数值模拟，并将计算结果与实测结果进行了对比，发现两者符合的较好，表明本文模型是合理可靠的。根据计算和实测结果，分析了梯形断面明渠流速分布的规律。     

导叶片式旋流器下游断面螺旋流流速特性

将导叶片旋流器作为产生螺旋流的装置,采用理论分析和模型试验相结合的方法,对该旋流器下游断面的螺旋流流速特性进行了研究.研究结果表明:旋流器下游断面流速整体上关于管道圆心呈120°旋转对称分布.从管壁到管道断面中心旋流器下游断面的轴向流速逐渐增大,而周向流速和径向流速则均呈现先增大后减小的变化趋势.最大轴向速度位于管道断面中心处,最大周向流速位于距管壁约1cm处,最大的径向速度位于距管壁约2cm处.旋流器导叶片扭转角越大,在下游断面产生的螺旋流的周向流速、强度就越大,螺旋流的影响距离就越远.在距离旋流器导叶片后缘2m之前,螺旋流衰减较快,且随着旋流器的导叶片扭转角的增大,螺旋流衰减加快.研究成果可为进一步完善螺旋流旋流输送理论提供理论依据.     

复式分汊水槽分汊口水流运动特性

分汊型河道是一种广泛存在的河流平面形态。当河道宽广时，河道行洪断面极有可能形成复式断面形态。存在江心洲的河道在演变过程中，洲头分流段水流运动往往起到了极其重要的作用。江心洲分流作用叠加复式断面滩槽交互作用，将共同对分流分沙产生影响，最终影响到整个河道形态的演变。为探究江心洲洲头水流运动特性对复式分汊河道演变的影响，设计了复式分汊河道的水槽试验。试验结果表明，复式分汊河道中，江心洲前的单一复式段，垂线流速分布基本满足对数分布；分流段流速主要受分汊形态的影响；复式断面形态是分汊口主槽和滩地流速变化的主要影响因素；在复式分汊河道的整治防护中，要着重关注江心洲洲头以及两侧的冲刷和两汊流速差异导致的淤积与冲刷；当流量增大到某一特定值时，复式分汊河道的断面形态可简化为简单的矩形河道进行研究。     

基于最小二乘法的灌溉流量计算

基于流速在渠宽方向呈指数分布、水深方向呈对数分布的特点，根据流速实测资料，利用最小二乘法原理，建立了流速和流量公式，将各种影响因素概括在两个参数d．f中，从而使流量只与最大流速、渠道断面和水深有关。计算流量与试验水槽中标准三角堰实测流量吻合较好。