梯形喉口无喉道量水槽设计及其水力性能模拟与试验

为了解决灌区普遍存在的通过增大水头损失来提高测流精度的问题,该文提出了一种具有梯形喉口的无喉道量水槽,并给出了量水槽参数与渠道尺寸的比例关系。该文在原型试验基础上,通过Flow-3D软件对过槽水流进行了数值模拟,分析了测流过程中水流流态、纵向时均流速分布、水头损失、湍动耗散沿程变化以及测流精度。研究结果表明:纵向时均流速分布和水流流态的模拟值与实测值最大相对误差均不超过10%,其模拟结果与实测结果较为吻和;基于临界流原理和能量守恒推出的水位流量关系式,进一步回归分析得到测流公式,其计算值与实测值最大相对误差为9.21%,满足量水精度要求;水头损失随着流量增大而增大,当流量大于45 L/s时,增大趋势明显变缓;最大水头损失不超过上游总水头10%,相比长喉道、巴歇尔、抛物线形量水槽水头损失较小。该研究可为灌区渠道量水设施设计提供参考。     

梯形渠道梯形喉口量水槽水力特性初探

【目的】设计一种体型简单、过流能力强的梯形渠道梯形喉口量水槽,为提高小流量时的测流精度和减小大流量时的水头损失提供支持。【方法】对梯形渠道4种喉口收缩比ε(0.427,0.506,0.557,0.681)的梯形喉口量水槽,分别在12种流量(15.39L/s,19.44L/s,23.62L/s,29.39L/s,35.91L/s,39.15L/s,45.00L/s,49.59L/s,54.28L/s,61.15L/s,65.70L/s,71.96L/s)工况下的测流精度、水头损失、临界淹没度、适宜喉口收缩比等水力性能进行试验研究,通过观测15个控制断面的水深分析水面线的变化规律及流量与收缩比、上游水深的关系,并对自由出流条件下的流量公式进行拟合。【结果】梯形喉口量水槽的上游水深与流量间存在良好的指数关系,相关系数高达0.998 6;设计梯形喉口的量水槽有效改善了梯形渠道测流的测流误差和水头损失,喉口收缩比为0.427~0.557时,实测流量与计算流量的最大相对误差为4.643%;喉口收缩比为0.506~0.681时,水头损失最大为上游总水头的12%左右,较长喉道水头损失有所减小;梯形喉口量水槽具有较高的临界淹没度,临界淹没度变化范围为0.85~0.93;综合考虑水头损失及测流精度,较适宜的喉口收缩比为0.506~0.557,喉口倾角为70°~78°。【结论】梯形喉口量水槽为灌区梯形渠道量水槽的设计提供新思路。