不同收缩形式长喉槽收缩率与泥沙淤积特性研究

长喉槽是一种经济、稳定、水头损失较小的量水设施,为优化其体型设计,并为其应用于含沙水流渠道量水提供参考,采用三维流体力学计算软件对不同收缩形式长喉槽内部的水流与泥沙特性进行了模拟计算。在验证数值模型可靠性的前提下,由弗汝德数、渠道超高分析确定了收缩率取值区间:仅有侧收缩形式0.36~0.40、仅有底收缩形式0.40~0.72、既有侧收缩又有底收缩形式0.36~0.73;水流含沙时,模拟结果表明泥沙主要淤积在长喉槽上游行近渠段,并且泥沙淤积厚度:仅有侧收缩形式<既有侧收缩又有底收缩形式<仅有底收缩形式。研究表明3种收缩形式长喉槽中,既有侧收缩又有底收缩形式结构设计灵活度高,从泥沙淤积角度考虑,仅有侧收缩形式最优,结论可为我国多沙河流灌区的长喉槽量水设计提供技术依据。

明渠测流长喉槽结构优化及设计理论研究

长喉槽是一种水头损失小 ,测流精度高 ,结构简单的明渠量水建筑物 ,是一种新型的量水建筑物 ,目前的计算理论存在如下缺陷 :没有考虑侧向收缩造成的局部水头损失的影响 ;没有确定水头损失最小的进口收缩比 ;没有确定最佳的体型设计参数。该文通过一系列的水力学实验 ,确定最优收缩比为 1∶ 3;最佳运行范围为堰上水头与喉长的比值为 0 .0 7～ 0 .7;设计流量时的设计取值为 0 .6 ;并对收缩段水头损失的计算公式进行修正。通过以上改进 ,量水公式误差由 5 %减小到 1.5 % ,淹没可达 0 .92 8。

长喉槽水头损失公式的修正

在实验的基础上,指出对用边界层理论计算长喉槽水头损失公式的缺陷,分析了局部水头损失产生的机理,补充了进口侧收缩水头损失的计算,对原公式进行修正提高计量精度.

长喉槽进口侧收缩试验及水力计算模型优化

在灌区渠道系统中,长喉槽是一种常用的测流设施,其测量精度依赖于水头损失的精确计算。为了检验其测流精度及有效性并加以改进,该文进行了一系列模型试验。试验结果表明对于进口有侧收缩的长喉槽,现有理论模型的计算流量皆大于实测值。该文认为这是由于现有的基于边界层理论的水头损失计算模型忽略了上游收缩段局部水头损失引起的。在试验数据和分析的基础上,该文引入了进口段局部水头损失?Hcon,对于侧收缩比分别为1∶2、1∶2.5、1∶3的长喉槽,建议局部水头损失系数分别取为0.317、0.263和0.203。在引入进口段局部水头损失后,计算误差从9.59%减少到了4.14%,研究结果为侧收缩长喉槽测流计算精度的提高提供了重要参考。

沟灌三角形长喉道田间量水槽水力特性试验及数值模拟

针对目前北方灌区田间沟灌缺乏有效量水设施的现状,提出了一种针对田间小流量情况的新型量水设备—便携式三角形长喉道量水槽,为进一步研究其水力特性,在沟灌简易长喉道量水槽原型试验的基础上,采用基于Flow-3D的计算流体力学方法对该量水槽的内部水流运动进行了模拟计算,对水流流态、水深、傅汝德数、纵向时均流速、紊动强度进行了分析。结果表明:试验水深值与模拟值的最大相对误差小于10%,二者水面线变化规律吻合,模拟结果精度较高;通过临界流理论推导与回归分析得到沟灌简易长喉道量水槽测流公式,其计算结果与实际流量的最大相对误差为4.34%;量水槽收缩段及喉道段纵向时均流速沿程不断增大,流速最大值的位置存在于水面以下,越靠近收缩段、喉道段出口,最大纵向流速位置越低,断面流速分布越不均匀;紊动强度总体呈现沿程增加的趋势,各断面的紊动强度最大值相对位置在0.13到0.30倍水深之间,沿程逐渐上升。

灌区末级渠道量水设施水流水力特性数值模拟

针对支渠以下末级渠道流量量测精度高和水头损失小的要求,寻求不同量水槽与流量相匹配的适用条件。采用标准k-ε方程模型模拟不同流量情况下巴歇尔槽和长喉道槽内的水流水力特性,分析了不同流量条件下的模拟精度、水面线、流速、流线及水头损失变化。结果表明:(1)巴歇尔槽和长喉道槽的流量模拟误差均在10%以内,但巴歇尔槽模拟精度整体优于长喉道槽,巴歇尔槽流量模拟精度随流量增加而增加,而长喉道槽模拟精度随流量增加而降低。(2)巴歇尔槽和长喉道槽均对上游渠道产生壅水作用,但相比于长喉道槽,巴歇尔槽内水面线降落比较平缓,导致同流量下巴歇尔槽水头损失小于长喉道槽。(3)由于巴歇尔槽喉道壅水作用明显,巴歇尔槽喉道内流速增大是产生水头损失的主要原因,而长喉道槽产生水头损失的主要原因为槽底部断面变化。因此,综合考虑下巴歇尔槽适合于渠道小流量量测,长喉道更适合渠道大流量量测。

长喉道量水槽设计软件的研究开发

为解决长喉道量水槽复杂的设计计算困难 ,基于 Windows98/2 0 0 0 ,运用 Visual Basic6.0开发了长喉道量水槽设计软件。设计软件包括尺寸设计 (纵剖面设计、横断面设计 )、校核计算、率定曲线计算拟合、数据图形打印 4大功能模块。利用操作简便、形象直观的交互式图文界面 。

即插式长喉道量水计的研究开发

为满足灌区中小型渠道量水的需要 ,研制开发了由长喉道量水槽和自动测量水位、数字显示用水量的即插式测杆组成的新型量水设备———即插式长喉道量水计。新量水计具有数字显示瞬时流量、累计水量 ,可实现量水数字信号远距离传输等功能 ,其易损部件采用即插即用形式 ,使野外维护工作更简便。现场试验结果表明 ,新量水计有较好的测流稳定性和较高的精度 ,累计水量相对误差在± 5 %以内。为解决长喉道量水槽复杂的设计、计算困难 ,基于Windows98/2 0 0 0 ,运用VisualBasic6.0开发了长喉道量水槽设计软件。设计软件包括尺寸设计 (纵剖面设计、横断面设计 )、尺寸校核计算、率定曲线计算拟合、数据图形打印四大功能模块 ,使用直观方便。

长喉道量水槽的应用研究

介绍了长喉道量水槽的结构、测流原理、设计计算方法以及在江苏省南通市几个灌区 3年多的应用研究成果。实际应用表明 :长喉道量水槽具有稳定的工作性能 ,精度高 ,相对误差小于 5 % ,能满足农用量水设备的精度要求。

U形（圆底形）长喉道测流槽水力特性的研究

根据临界水深理论和边界层理论，研究了Ｕ形（圆底形）长喉道测流槽的流量系数，推导了该测流槽的水深流量关系的计算公式，和国际标准给出的算例对比表明，本文提出的计算公式完全满足精度要求。

抛物线形渠道长喉道测流槽的水力设计方法

根据边界层理论和临界水深理论 ,提出了抛物线形长喉道测流槽的水力设计方法及流量计算公式 ,并用具体算例说明了设计步骤。该设计方法可以灵活地改变抛物线形测流槽的形状参数 ,不需要试验率定 ,且计算简单。

沟灌简易长喉道量水槽水力性能初探

【目的】针对北方灌区田间沟灌缺乏量水设施的现状,设计一种成本低廉、制作安装简易的新型量水设备—便携式三角形长喉道量水槽,分析其水力性能。【方法】在8个流量(1.03、3.03、5.06、7.00、9.00、11.07、13.07、15.05 L/s)工况下,对该量水槽分别进行了自由出流和淹没出流的水力性能试验,测量了槽内共14个控制断面的水深,分析了不同流量下的水面线变化和傅汝德数(Fr)的变化。【结果】拟合出的不同出流状态下的流量公式中,自由出流状态下的最大相对误差为-3.61%,淹没出流下的为6.54%,平均相对误差均在0.5%以内;自由出流下Fr在断面5到断面7之间等于1,临界水深断面产生的具体位置在喉口段中部偏前段,距离量水槽进口首断面325~385 mm;该三角形长喉道量水槽的临界淹没度可达0.83。【结论】单个便携式三角形长喉道量水槽的流量测量范围为1~15 L/s,喉口长度建议为210 mm,临界淹没度在0.80~0.83之间。

长喉道量水槽的设计新方法

在总结国内外长喉道量水槽研究成果和近几年在江苏省南通市实际应用经验的基础上,全面系统地介绍了长喉道量水槽的结构、量水原理、设计计算方法,在灌区量水现场对设计计算方法作了一系列的验证试验。试验结果表明:按该设计方法设计的长喉道量水槽具有很高的测流精度,流量相对误差小于5%。

边界层理论在三角形长喉道量水槽流量计算中的应用

三角形长喉道量水槽是一种明渠量水设施。目前的流量计算主要是经验公式，经验公式的应用受试验条件的限制较大。本文根据边界层位移厚度和临界水深理论，推导了该量水槽流量的理论设计方法，该方法可以根据渠道的比降、糙率和设计流量灵活的调整量水槽的几何尺寸，喉道底部也可以根据量水范围的要求设计成平底或底部拱起。用文献的实验结果进行了比较，计算与实测值一致。在此基础上，还提出了三种复合三角形断面长喉道量水槽的理论计算方法。