分叉角与回转半径对双向流道灌水器水力性能影响模拟研究

为研究双向流道灌水器水力性能,将其结构单元作为研究对象,以分叉角和回转半径两个结构参数为影响因素,采用正交试验设计16种结构参数组合方案,利用计算流体动力学软件Ansysfluent对流道内部流体的流动状态进行数值模拟,通过量纲分析建立流道结构参数与流道单元局部水头损失的回归模型。结果表明:双向流道单元局部水头损失与分叉角、回转半径和流道流速有关,分叉角与局部水头损失呈负相关关系,回转半径和速度与局部水头损失呈正相关关系;当入口流速为固定值时,分叉角为32.4°、回转半径为1.72 mm,流道单元局部水头损失最大;当设置10个流道单元时,交叉排列方式组合的灌水器流态指数较优。

分流漩涡型灌水器结构设计及其优化

分流漩涡型灌水器是一种先分流再产生漩涡从而达到消能目的的灌水器。为研究灌水器流道结构参数对水力特性和抗堵塞性能的影响,选取分水体与流道边壁的距离、分水体与阻水体头部的距离、阻水体齿倾斜角度和阻水体齿到流道边壁的距离4个特征参数研究其水力性能,选取粒径为0.125 mm、密度为2500 kg/m3的泥沙颗粒研究其抗堵塞性能。结果表明,灌水器流态指数为0.4812~0.5068,分水体与流道边壁的距离对流态指数影响最大;灌水器流量系数为2.2093~3.2906,分水体与流道边壁的距离和阻水体齿端到流道边壁的距离均对流量系数有影响。研究发现主漩涡区是易堵塞区域,在多数情况下流态指数与颗粒滞留时间呈负相关规律。最后对该结构进行了优化设计,以提高其水力性能和抗堵塞性能,可为分流漩涡型灌水器水力性能评估和结构优化提供技术支撑。

低压管道灌溉系统水力性能模拟与试验研究

本文对低压管道灌溉系统的水力性能进行了模拟,并结合试验数据展开了分析。选取某实行全封闭式低压管轮灌的灌区作为试验对象,分别在泵站出水口等位置设置了2个流量监测点和5个压力监测点。设计4种处理,探究不同处理下灌溉系统的水力性能。试验表明,管道压力与流量的观测值与理论值基本一致,拟合程度较高,说明水力模拟方法可靠;保证出水口数量与水泵设计流量匹配,出水口采取插花编组,以及选用变频调节水泵等方式,能够提高水泵运行效率,节约运行成本。

Experimental Determination of Local Resistance Coefficient of Sudden Expansion Tube

Theoretical derivation of local resistance coefficient of sudden expansion tube is presented. Several assumptions are analyzed in the theoretical derivation. That the head loss shall be neglected is affirmed. Experimental data proves that the pressure before and after sudden expansion section is basically the same. That the friction force on the side face of control body is neglected is denied and it is pointed out that such neglect is the main cause for error between theoretical calculation and actual measurement. Experimental device for measuring local resistance coefficient is designed in combination with theoretical derivation process. Optimal gradually varied flow section is selected after sudden expansion pipe in Bernoulli equation based on variation of piezometer tube head. It is pointed out in accordance with experimental data analysis that the value of local resistance coefficient of sudden expansion tube determined through experimental data is closer to the actual situation during pipeline design.

内涝过程中超载节点水流结构及水头损失分析

为探究处于内涝过程超载状态节点的水流结构及水头损失,基于室内管道节点模型进行了87组不同边界条件的三维构造模型模拟,完成了室内试验与数值模拟的对比验证;采用定性定量分析、数据相关性拟合和π理论研究了孔径比(节点直径Φ_(m)和管道直径Φ_(p)的比值)、管道坡度、承压水头对节点内水流结构和水头损失的影响。研究结果表明:节点出口处的水量交互是产生水头损失的主要原因;局部水头损失系数K随孔径比的增大而增大,随超载水深、承压水头的增大而减小;通过π理论提出K=f(Re)的求解思路是可行的;两种孔径比节点的K值对坡度变化的响应不同,管道坡度的设计需要考虑节点孔径比的影响。研究成果补充了雨洪耦合模型中的节点水流结构,可为一维管网在节点处的水头损失计算提供经验数值和参考。

泥沙异重流稳定水跃的耗能与掺混实验研究

异重流稳定水跃是非连续异重流中的一种典型流态,反映着由急流过渡到缓流时的运动特征。其运动过程伴随着复杂的耗能和掺混过程,目前的研究还不能很好地解释两者间的对应关系。本文利用水槽实验,观测了泥沙异重流在斜坡与平底交界处的水跃现象,通过推导水头损失公式,分析了水跃耗能和掺混关系。研究发现增加入口含沙量或初始水深,或减小入口流速,均导致水跃强度减弱,共轭水深比值减小,异重流层厚度增加受限。这种实验现象伴随着水跃耗能过程的强弱,入口含沙量或初始水深的增加,或入口流速的减小,均导致水跃前后的水头损失降低,减少了被卷吸的上层清水流量,共轭水深比值进而减小,异重流层密度也有小幅降低。通过对异重流水跃的耗能过程分析,可知耗能减小表明流层间的紊动强度减弱,能有效地降低异重层和上层清水的掺混速率。通过回归分析,发现共轭水深比值与水头损失比∆hf/hf1,以及∆hf/h f1与掺混系数K_(Q)均呈现出正比例线性关系。本文推导的能量指标是分析异重流水跃过程、揭示异重流掺混机制过程的可行方法。

双向对冲流滴灌灌水器水力性能与消能效果

双向对冲流滴灌灌水器是1种可形成急转流、正反双向流、以及对冲混掺流等加大能量耗散效果的新型灌水器。为研究灌水器的水力性能以及流道几何参数对水力特性的影响,取灌水器几何参数作为因素,采用正交设计安排25组试验方案,开展水力性能测试,计算流道的局部损失系数,同时对正交试验结果进行直观和方差分析,建立几何参数与流态指数的回归模型。结果表明,灌水器流态指数为0.432～0.464,其水力性能良好。单元流道的局部损失系数为6.698～19.130,显示优越的消能效果。挡水件与分水件最大过水通道宽度对流态指数的影响最大。建立的几何参数与流态指数之间的回归模型R2=0.94,且验证表明其估算值与试验值相对误差小于5%,可可靠地估算流态指数。研究可为双向对冲流滴灌灌水器水力性能预研和评估、结构优化提供参考。

坡面柔性植被阻水效应及其局部水头损失特性试验研究

基于系列坡面流试验,研究了柔性植被条件对坡面流水动力特性的影响。结果表明:由于植被阻水及水流混掺效应,不同区域的水流阻力产生机理存在着显著差异,在植被尾部和水跃段区域,局部水头损失系数与单宽流量的关系分别表现二次曲线特征及指数衰减趋势。此外,基于本试验的植被条件排列方式,以染色法测试坡面流表面流速,得出坡面流平均流速的修正系数约为α=0.23±0.02。

渐变河道水流结构及局部水头损失特性研究

河宽渐变是天然河道的普遍形态特征。运用声学多普勒流速仪(ADV)测量了渐变河道模型的水流结构。试验结果表明:渐变河道形态对水流结构影响明显,在渐缩段和渐扩段产生二次环流,前者影响效应大于后者,且方向相反。基于SMS水动力学模型对渐变河道水流特性进行了二维数值模拟,与实测值吻合较好,并计算分析了局部水头损失系数沿程的变化规律。

岩溶管道与裂隙交叉渗流特性试验研究

研制了光滑岩溶管道和裂隙交叉的水力特性室内试验模型。采用正交试验设计方法安排试验,测得了48组岩溶管道和裂隙不同交叉、不同水力情况下的渗流水力特性数据。采用正交统计分析法分析绘制试验因子关系曲线图,详细研究裂隙宽度、岩溶管道直径及进水水头对试验成果的影响。定量分析了岩溶管道与裂隙交叉时其折算渗透系数与长度、直径等因素之间的关系,并在量纲分析的基础上,采用变结构遗传算法建立了计算岩溶管道和裂隙交叉时管道汇流量的数学表达式。最后将计算值与试验值对比,结果表明,所建立的公式能较好地反映影响管道汇流量各因素之间的内在联系。

对突然扩大局部水头损失的初探

对于管路突然扩大的局部水头损失一般采用ｈｊ＝ξｖ２２ｇ计算，其中ξ＝（１－Ａ１Ａ２）２、在公式的理论推导中，此公式忽略了两断面间的沿程水头损失而导出来的。本文对两断面间的沿程水头损失进行了考虑，结合实验，对ｈｊ重新进行了推导计算，并进行了修正。

滴头插入对滴灌毛管水头损失影响试验研究

为了提高滴灌毛管水力设计精度,通过试验研究了因滴头插入引起的毛管局部水头损失,根据试验现象分析了毛管局部水头损失占沿程水头损失比例hj/hf、毛管局部水头损失系数ξ,与滴头类型、滴头间距以及雷诺数之间的关系.结果表明:对于不同的滴头和滴头间距,毛管局部水头损失占沿程水头损失比例hj/hf差别较大.在相同间距下,迷宫流道滴头插入导致的hj/hf要大于压力补偿式滴头;对于同一类型滴头,滴头间距越小,局部水头损失越明显,hj/hf越大,且均大于微灌工程技术规范规定;若按规范取沿程水头损失的0.1～0.2计算局部水头损失,将导致滴灌工程设计中水头损失计算偏小.不同类型的滴头,毛管局部水头损失系数差异较大,其中迷宫流道滴头ξ基本在0.6以上,而压力补偿式滴头ξ为0.3～0.5,且ξ随滴头间距减小而增大、随雷诺数增大而减小,雷诺数越大,ξ变化越趋于平稳.通过对试验数据进行回归与统计分析,提出了毛管局部水头损失系数计算公式,相关系数R2为0.953.

局部水头损失对流体瞬变的影响及其数值模拟

为了分析由水流内部结构发生变化而导致的局部水头损失对流体瞬变压力分布的影响,通过增加约束方程和引入能量损失修正系数,建立节点法和均分法2种包含局部水头损失的流体瞬变计算模型.采用数学模型对考虑局部水头损失情况下的流体瞬变进行数值模拟,得到等效节点瞬变压力变化过程、压力管道沿线最大水击压力的包络线、局部水头损失比重对沿程最大瞬变压力分布的干扰以及局部水头损失呈多点离散分布对沿程最大瞬变压力分布的影响.结果表明,局部水头损失会导致附近的瞬变压力和压力包络线的分布发生局部改变,但通常不会影响整个系统的最大瞬变压力值;对于所占比重较小并且呈离散分布的局部水头损失,采用修正系数法能够对压力管道的最大瞬变压力进行等价模拟.

保水堰局部水头损失系数的数值模拟

保水堰是分段低压输水管道中一种新型的衔接水工建筑物。文中采用VOF方法与标准k-ε紊流模型相耦合,对保水堰的流场进行了数值模拟,计算出了保水堰的局部水头损失系数。为南水北调工程天津干线的设计提供了依据。

滑坡崩塌涌浪计算方法研究

基于地质灾害涌浪计算公式和局部水头损失理论,建立了地质灾害涌浪公式计算体系。该算法充分考虑了不同滑坡崩塌造成的涌浪效应、不同区域涌浪衰减的差异性和自然河道的沿程水头损失与局部水头损失问题;大量采用地形参数进行计算,客观性强。以龚家方崩滑体产生涌浪为例进行了计算,其计算结果与实际调查值相关性非常高。结果显示:龚家方崩滑体产生最大涌浪高度为33.45m,急剧衰减区内平均100m下降4m、平缓衰减区内平均100m下降0.11m和在峡谷区向宽谷区传播时有扩大衰减效应的规律。

高含沙水流条件下过滤系统水力性能试验研究

以离心过滤器和筛网过滤器组合而成的过滤系统为研究对象，通过田间模拟试验，重点研究该系统在处理高含沙水时的局部水头损失变化规律、局部水头损失与过流量间的关系以及系统的泥沙分离效率。结果表明：在设计流量范围内，系统局部水头损失随运行时间呈现先缓慢后急剧的变化特点，当筛网过滤器局部水头损失超过2～3m范围值以后，局部水头损失开始急剧增大，流量开始急剧减小；离心过滤器受筛网过滤器堵塞影响，局部水头损失随系统过流量减小而减小；系统初始局部水头损失与过流量成二次函数关系，且受水质变化影响较小；系统泥沙分离效率与流量关系密切，离心过滤器过流量越大泥沙分离效率越高。

干支流直角交汇区水流泥沙运动特性初步研究

通过总结前人有关干支流直角交汇区水流泥沙运动研究成果,归纳了干支流直角交汇区的分区水流泥沙运动特性,初步探讨了交汇区局部水头损失计算方法,提出了新的包含水深比及回流长度的局部水头损失系数计算公式,采用长江科学院水槽试验成果对计算公式进行了验证。验证结果表明:在汇流比较小时,计算与试验成果吻合较好。

内镶贴片式滴灌带局部水头损失试验研究

通过试验研究了标准管径16 mm的5种内镶贴片式滴灌带的局部水头损失,分析了滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf和局部水头损失系数α的变化规律.结果表明:相同工作压力下,滴灌带当量直径随壁厚的增大而减小,造成沿程水头损失和局部水头损失的增大,局部水头损失与壁厚、滴头断面面积和雷诺数有关.随着雷诺数的增大,滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf减小,最小值可达到0. 67,但仍超过中国制定的微灌工程技术规范设计标准(0. 1~0. 2).通过对试验数据进行多元回归分析,提出了滴灌带局部水头损失系数与过水断面收缩比和雷诺数的关系式,相关系数为0. 96.

离心叠片与离心筛网过滤系统性能比较试验

以离心叠片过滤系统和离心筛网过滤系统为研究对象,通过田间模拟试验,对2类过滤系统的水力性能及其泥沙处理能力进行比较研究。结果表明:在能量损耗方面,离心筛网类过滤系统的水力性能优于离心叠片类,过流量越大优势越明显;在泥沙处理方面,离心叠片类过滤系统处理后泥沙分离极限d98明显小于离心筛网类过滤系统,离心叠片类过滤系统泥沙处理能力明显优于离心筛网类过滤系统。该结果可为滴灌过滤系统,特别是小型移动式滴灌过滤系统的合理设计和有效配置提供参考。

河渠水面线计算中几个关键问题探讨

从应用角度出发探讨可能导致河渠水面线计算误差的几个关键问题:①应用条件的控制与水面线计算结果精度的把握,并以实例探讨河道底坡、计算河段的长度Δs和起推水位对结果精度的影响;②弯道水流的横向和纵向水面线计算;③扩散河段、收缩河段以及有支流汇入的河段在不同缓急状态下是否计入局部水头损失对水面线结果的影响。这些探讨可为堤防工程规划设计提供参考。