基于NSGA-Ⅱ遗传算法的Myring流线型量水槽体型优化设计

Myring流线型在水下航行器领域应用较为广泛,而量水槽在渠道中的受阻状态与潜水器潜行时受到的阻力情况具有一定的相似之处,因此本文借鉴潜水器的结构特点进行量水槽体型设计,探究量水槽受阻最小的较优线型。基于FLOW-3D软件,采用最优拉丁超立方设计方法,以流线型的收缩段长度和锐度因子、扩散段长度和离去角为变量设计了40组数值模拟方案,得到对应的水头损失百分比和上游佛汝德数。以数值模拟变量为输入、结果为输出,训练RBF神经网络,结合NSGA-Ⅱ遗传算法获得Patero前沿解,通过TOPSIS评价法筛选出最优解并得出其线形参数:优化模型收缩段长度为45.9 cm、收缩段锐度因子为0.74、扩散段长度为49.2 cm、扩散段离去角为14.63°,并通过等比例缩放得到6组收缩比,在9组流量下进行模型试验分析水力性能。结果表明,优化后线型过流较顺畅,水力性能较优,预测结果和模拟结果误差不超过5%;不同工况下上游佛汝德数均小于0.5,满足测流规范要求,收缩比为0.58~0.66时各项水力性能均较优;基于临界流测流和量纲分析原理得到的测流公式精度较高,平均相对误差为2.09%。本研究证明了将流线型运用于量水槽领域研究以及通过神经网络和遗传算法寻优的可行性,优化后Myring流线型量水槽具有良好的性能和测流精度,在灌区渠道中具有较好的运用前景。

基于SSA-BP算法的仿鸮翼形量水槽水力性能

为了设计出构造简单、水力性能优良,同时能满足灌区量水需求的量水槽,该研究根据鸮翼曲线提出了一种仿鸮翼形渠道量水槽。首先,利用基于麻雀搜索算法的BP神经网络(sparrow search algorithm,SSA-BP)优化鸮翼展向比,得到最小水头损失的量水槽线形,并探究了优化后的量水槽在输水渠道的适用性。进一步地,在8种流量工况下,选用6组收缩比开展测流试验,结合FLOW-3D数值模拟分析仿鸮翼形量水槽水头损失、弗劳德数、壅水高度、临界淹没度等水力参数,建立测流公式。试验表明,基于SSA-BP优化的仿鸮翼形量水槽具有良好的测流性能,在建议收缩比0.60~0.66范围内,其水头损失为7.75%~14.21%,临界淹没度为0.81~0.90,上游壅水高度为0.84~3.16 cm,上游弗劳德数均小于0.42,符合灌区量水要求。建立的测流公式,平均测流误差为1.49%,测流精度较高。仿鸮翼形量水槽各项水力性能指标优良,能满足灌区测量精度,针对灌区优化水资源配置、精细化用水具有一定的推广价值。

灌溉渠道闸门调控过程中的非恒定流研究

灌溉中的水量与流量调度是一个动态过程 ,渠灌区因流量调度不当导致的弃水是灌溉水损失的重要因素 ,为了准确调控渠道中的流量 ,对灌溉渠道干渠在配水过程中分水闸调节产生流量变化而引起的非恒定流问题进行了研究。数学模型以圣·维南方程描述 ,数值求解应用特征线法 ,并采用矩形特征差分网格二阶精度格式。模拟给出了不同调节流量、调节时间相应于不同初始流量、水位和调控方式情况下的模拟渠段上。

机翼形量水槽的试验研究

渠道量水设施对灌区节水、实现水资源高效可持续利用具有重要意义,研究具有结构简单、水头损失小、量水精度较高、流量计算公式简明的渠道量水设备,是灌区迫切需要的灌溉管理应用技术之一。该文提出了一种仿真机翼形状的渠道量水设施,在U形渠道中通过12种量水槽收缩比进行了系统的组合试验,试验结果表明:该量水槽过流顺畅,水头损失小,试验数据资料表现出极好的相关性,相关系数为R2=0.9988。应用量纲分析法建立的流量公式具有量纲和谐性,拟合的具有指数形式的流量计算公式简明实用,流量计算平均误差小于3%,临界淹没度可达0.92。

矩形渠道半圆柱形简易量水槽试验研究

研究渠道量水设备,是灌区迫切需要的灌溉管理关键技术之一。该文在Samani.Z和Magallanzez.H对矩形渠道半圆柱形量水槽的研究基础上,选择与其不同的3种收缩比(0.43,0.51,0.64),在矩形渠道中进行了48组试验,试验结果与Samani.Z和Magallanzez.H的20组试验数据以及HagerH.的12组试验数据资料表现出极好的相关性,相关系数为R2=0.9958。拟合的具有指数形式的流量计算公式简明实用,流量计算平均误差为3.03%,淹没度可达0.85。

无压流圆形断面水力计算的迭代法

无压流圆形断面水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式,传统计算采用试算或查图进行。现通过均匀流公式和临界流方程导出了无压流圆形断面临界水深、正常水深水力计算的迭代公式,并给出了满足无压输水隧洞要求净空面积不小于全断面面积的15%,或净空高度不小于0.4m条件时的界限洞径与界限流量计算式,也给出了均匀流最大水深与最大流量的判别关系式,计算过程采用迭代法进行。经检验迭代公式具有较好的收敛性和较高精度。

马蹄形过水断面正常水深的迭代计算

马蹄形过水断面因几何图形复杂 ,水力计算困难 ,为此 ,通过数学推导 ,给出了标准Ⅰ、Ⅱ型马蹄形过水断面水力要素计算公式和正常水深迭代公式 ,并提出判别水深范围的分界流量 ,便于生产实际中应用。

雨滴降落速度的数值模拟

通过对雨滴降落时空气阻力系数的拟合及修正，采用数值计算的四阶龙格—库塔（Ｒｕｎｇｅ—Ｋｕｔａ）法求解了雨滴降落运动微分方程。模拟的０．５～６ｍｍ直径雨滴极限降落速度与实测的雨滴降落速度基本一致。并分析给出了形式简单、便于应用的雨滴极限降落速度分段计算公式。

U形渠道抛物线形喉口式量水槽选型与设计

介绍抛物线形喉口量水槽的选型、设计方法、量水槽流量计算以及量水槽适用条件 ,便于灌区应用。

灌溉渠道支斗渠轮灌配水与引水时间优化模型

建立了配水渠道流量优化调度 0 - 1线性整数规划模型。模型适用于支渠以下各级配水渠道在来水流量确定 ,分水渠道流量彼此相同且按“定流量、变历时”方式轮灌时的优化配水方案决策。并提出了各轮灌组引水时间均一化处理方法 ,使各轮灌组在同一引水时间结束灌溉 ,从而可使配水渠道进水闸能在同一时间关闭。

U形渠道的水力特性及水力计算

U形渠道断面水力和结构性能优越,是渠道输水工程中较常采用的断面形式之一,水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式。提出了U形渠道水力最佳断面的设计方法,并给出了确定U形渠道水力最佳断面底弧半径的计算公式。导出了U形渠道正常水深、临界水深水力计算的迭代公式,并给出了判别水深范围的界限流量计算公式。

引洮供水一期工程总干渠糙率原型观测(2)——糙率原型观测结果及经济效益

引洮供水一期工程为甘肃省大型长距离输水工程,为了给工程优化设计提供依据,糙率原型观测研究选择在引水流量、工程类型与引洮工程相近的引大总干渠30A隧洞和盘道岭隧洞及东二干渠U形渡槽和弧底梯形明渠进行。隧洞试验段流量与水位采用自动监测系统进行,原型观测结果为:30A隧洞预制钢筋混凝土管片衬砌圆形断面实测平均糙率0.012627,盘道岭隧洞三心圆拱直墙平底板矩形断面实测平均糙率0.01155;圆拱直墙反底拱断面实测平均糙率0.011521。林坪沟钢筋混凝土U形渡槽实测平均糙率为0.01193;林坪沟混凝土预制板衬砌弧底梯形明渠实测平均糙率为0.01369。糙率原型观测结果均小于工程设计规范值。

U型渠道平底抛物线形无喉段量水槽流量公式的改进

Ｕ 形渠道已在我国广大灌区大量应用，针对适用于Ｕ 形渠道量水的平底抛物线型无喉段量水槽流量公式计算复杂的问题，文中通过理论分析推导出了简化的量水槽流量计算公式，计算结果与原流量迭代公式比较相对差值＜ ０．５％ 。

引洮供水一期工程总干渠糙率原型观测(1)——研究方法与水位、流量监测

大型长距离输水工程的糙率是工程设计中的关键参数,随着工程施工技术的进步,工程建成后的实际糙率小于规范值,但设计中如何减小糙率取值则无选择的依据。为了给引洮供水工程优化设计提供依据,甘肃省引洮水利水电有限责任公司于2006年立项进行糙率原型观测研究,原型试验工程选择1995年建成的甘肃引大灌区总干渠和东二干渠,原型观测隧洞试验段分别在30 A隧洞出口与盘道岭隧洞进口修建机翼形量水槽,采用自动监测系统实时监测流量,隧洞水位各设6个观测断面,并采用水位自动监测系统实时监测。两处明渠段糙率原型观测试验水位流量采用人工方式进行。本文为该项研究的第一部分。

渠灌区灌溉管理信息化发展模式探讨

探讨了我国渠灌区灌溉管理信息化的发展模式,阐述了灌区进行灌溉管理信息化建设的意义和必要性,构想了灌区灌溉信息网络系统的建网模式和基本框架。

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。

明渠水力最佳断面的比较

本文从水力学角度推导了Ｕ形、悬链线形及抛物线形明渠的水力最佳断面。用的函数形式表示各种渠道的最佳水力断面的断面面积、湿周和水力半径，通过与工程中较常采用的梯形及矩形渠道断面比较得出；明渠水力最佳断面按优排序为Ｕ形、悬链线形、抛物线形、梯形、矩形、梯形。

机翼形量水槽流量自动监测系统及应用

灌区干支渠道测流多采用流速仪断面测流方法,测流工作量大,耗费时间长,效率低。结合大型输水工程的糙率原型观测测流工作,将机翼形量水槽应用于大型输水干渠的测流中,并开发了流量自动监测系统,监测系统对干渠的整个输水过程进行了实时监测,获得了整个灌溉期间干渠的水量和流量变化。这一技术对灌区信息化建设具有重要的实际意义。

马蹄形过水断面临界水深的迭代计算

马蹄形过水断面是无压隧洞较常采用的断面形式之一,其几何图形由多段圆弧曲线构成,过水断面水力要素须由分段函数表示,水力计算困难。导出了标准I,II型马蹄形过水断面水力要素分段计算公式和临界水深迭代公式,并提出判别临界水深范围的分界流量,便于生产实际中应用。水力要素的计算结果在特征水深点是吻合的,由此证明水力要素分段公式在特征点的连续性和正确性。

抛物线形喉口式量水槽的简化流量公式

用于 U形渠道量水的抛物线形喉口式量水槽原流量公式为隐函数形式 ,针对其使用不便的现状 ,通过理论分析推导出了显函数形式的量水槽流量公式 ,计算结果与原流量公式比较相对误差值 <0 .5%