几种渠道最佳水力断面求解探讨

本文对矩形、梯形、复式、 Ｕ 形、圆形五种常用渠道断面形式，采用基本计算公式，推导最佳水力断面的计算程序，应用计算机进行求解，提高工作效率，缩短设计周期。

农业综合开发项目灌排水渠道水力断面有关参数的确定与探讨

无论是中低产田改造项目还是山区小流域治理项目的施工设计阶段,均不可避免的涉及到灌排水渠道的纵横断面设计,而灌排水渠道横断面设计则主要通过渠道水力断面计算确定水力最佳断面结构型式,并分析如何由已确定的水力最佳断面相关参数进一步确定实用经济断面构型式。工程设计中渠道断面结构型式多样,用到的参考资料涉及范围广,因此,有必要对渠道水力断面公式在农业综合开发项目中的设计与应用进行归纳和探索。

东城区防洪工程延伸段水力断面的确定

防洪工程水力断面的确定必须结合工程实际、水文地质条件、工程区建设的要求等进行。本文从阿克苏市东城区防洪工程实际条件、水文地质条件和工程布置情况出发,进行了防洪堤加固延伸段水力断面比选分析,在满足灌区灌溉要求和灌区地质条件的情况下,水力最佳断面是窄深式,而实用经济断面为宽浅式。

河道生态工程所需水力断面补偿的分析

生态河道的建设是近年来城市发展的热点,河道的生态和景观整治改善了城市景观和生态环境,但与此同时降低了河道原有的行洪能力。文章在谢才公式和曼宁公式的基础上进行理论推导,结合数值模拟分析了均匀流条件下矩形断面河道在种植水生植物后引起的糙率增加会引起防洪能力降低的情况,提出了为维持原有泄洪能力所需的河堤高度补偿值、河道浚深值或河道宽度补偿值的计算公式,为河道生态工程建设提供设计依据。

某灌溉渠道水力断面优化设计

最佳水力断面对于季节性冻土中的灌溉水利至关重要,这与寒冷季节下层土壤的冻胀高度相关。因此,如何优化冻胀下灌溉渠道的水力断面就显得尤为重要。以三种特征尺寸作为几何约束,最大法向位移和最大拉应力作为机械性能的约束,以施工成本为目标函数提出一种水力断面优化数值方法,以某灌区典型断面为例,结合水文地质和气象资料。优化断面与实际断面的比较表明,最大法向位移仍低于允许值,因此可以满足更可靠的渠道运行。同时,优化后的断面减少了开口宽度,因此可以节省相当的农田面积,加之衬砌厚度也相应减少,综合这两点可减少施工成本,能够为灌区节省投资。

截洪沟水力断面可视化计算及应用

由于环保要求,电厂均需要设立干灰场,截洪沟在灰场防洪设计中应用广泛。由于截洪沟长度较长,工程费用相对较高,而根据以前的工程经验估算断面或者手动试算,不准确且比较浪费。现对断面进行分析计算,编制可视化计算程序及设计界面,可工程实际中直接应用。

平底抛物线形复合渠道水力最佳断面计算方法

为了解决抛物线形断面应用在大中型渠道上存在深度大、工程量大等问题,提出了一种水平渠底和平方抛物线形渠坡的抛物线复合断面渠道,推导出了过水断面面积、湿周的计算公式,并根据明渠均匀流理论,建立了平底抛物线复合渠道水力最佳断面情况下的流量和水深关系式,借助Mathcad软件计算出最优宽深比,推导出了平底抛物线复合渠道水力最佳断面水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式.通过实例计算,当流量Q为30 m3/s时,在水力最佳断面情况下,平底抛物线复合渠道的水深H_0为2.904 m,水面宽度B_0为6.278 m,过水断面面积A_0为13.604 m2,因此,相同流量下平底抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.7%,比弧脚梯形渠道减小了0.2%,表明平底抛物线复合渠道是一种比梯形和弧形坡脚梯形渠道更为优越的渠道断面形式.

弧脚梯形衬砌渠道抗冻胀及水力合理断面的分析

【目的】推导出适宜于季节性冻土区弧脚梯形衬砌渠道的断面形式。【方法】根据冻土力学、水力学、工程力学理论,分析弧脚梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理及破坏特征,指出对季节性冻土区弧脚梯形渠道最优断面的设计,要从结构抗冻胀和水力学两方面考虑,以砼衬砌体同时满足水力最佳及抗冻胀性能最优为原则,对弧脚梯形渠道断面的最优形式进行推导。【结果】根据工程实践中常用的取值范围,在综合考虑水力最佳断面及砼衬砌板抗冻胀性能最优的基础上,得到最优断面的几何参数,即水力最佳和抗冻胀性能最优的弧脚梯形最优断面为:渠底宽是设计水深的0.53倍,坡脚圆弧半径是设计水深的0.3倍,坡脚圆弧中心角即边坡板的倾角为51°。【结论】此断面形式不但能适应季节性冻土区渠道防渗抗冻胀工程的实践要求,而且便于机械化施工。

抛物线形渠道水力最优断面的计算

根据明渠均匀流理论 ,推求了抛物线形渠道正常水深与流量的关系和水力最优断面的计算公式 ,得出了水力最优断面水深与抛物线参数的关系为 ah0 =0 .94673 2。与其它渠道比较结果表明 ,抛物线形渠道是仅次于 U形渠道的又一水力最优断面。

立方抛物线形渠道水力最优断面的计算

根据明渠均匀流理论,推求了立方抛物线形渠道正常水深与流量关系的计算公式及其水力最优断面所满足的条件.与其他形式断面渠道的比较结果表明,立方抛物线形断面渠道也是一种水力较优的输水渠道.

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。

U形衬砌渠道结构及水力最佳断面的分析

通过对U形断面渠道的衬砌冻胀破坏特征、机理的分析,指出最优U形断面应是从结构和水力两方面考虑的,通过合理的假设,建立简单的力学模型,以衬砌体结构抗冻胀性能最优及水力最佳为原则,最终推出最优的U形渠道断面参数弧底圆心角和圆弧上部直线段的长度。同时,指出了U形衬砌渠道的冻胀力分析可以表达成最大冻结力的函数,而最大冻结力是反映土质、负温及水分状况的综合指标,只要根据经验或实验确定了最大冻结力,再结合渠道几何要素及衬砌材料的力学指标和衬砌结构的有关参数,就能计算出最优U形断面的参数,使问题简单化、定量化。该计算方法的结果表明符合工程实践的要求,而且安全合理,使用简单。

全蜗壳的非圆形断面水力设计及其CFD分析验证

针对水轮机全蜗壳常规水力设计方法中存在的不足,对蜗壳中水流遵循速度矩为常数规律运动的非圆形断面水力设计进行分析,利用数值计算方法,使蜗壳尾部圆断面内的水流遵循速度矩为常数的运动规律,而无需转换成椭圆断面,从而完善蜗壳非圆形断面的水力设计方法.经实例设计与CFD流场模拟分析验证表明,采用文中所提出的非圆断面设计方法设计出的蜗壳,水流运动基本符合设计假定,其流场分布与理论分析相符合,设计出的蜗壳流道平顺光滑,流态分布良好.

平底抛物线形复合渠道水力最佳断面及实用经济断面统一设计方法

大中型渠道常采用平底抛物线形复合渠道断面形式进行设计,但任意幂律指数的平底抛物线形复合渠道的湿周计算理论上无解析解,致使任意幂律指数的平底抛物线形复合渠道的水力最佳断面及实用经济断面无统一设计方法。现有的文献,仅研究了给定幂律指数情况下的平底抛物线形复合渠道断面,并没进行全局范围内的研究。本文首先采用高斯超几何函数给出了任意幂律指数的平底抛物线形复合渠道湿周的解析计算式,再以水面宽度与水深的比率、渠部底宽与水深的比率及水深为变量,利用拉格朗日乘数法建立了平底抛物线形复合渠道的水力最佳断面求解方程;进一步根据实用经济断面与水力最佳断面的关系建立了平底抛物线形复合渠道的实用经济断面求解方程。本文不仅给出了全范围内连续变化的任意幂律指数的平底抛物线形复合渠道的水力最佳断面及实用经济断面统一设计方法,直接计算公式及数据表格,而且得到了平底抛物线形复合渠道的水力最佳断面中的最优幂律指数为3,从而取得全局水力最佳断面。本文结果可供大中型渠道规划设计参考应用。

基于拉格朗日法的抛物线形复合渠道的水力最佳断面

针对标准抛物线形渠道渠口宽、深度大、难以适应大中型渠道等问题,提出了一种新型平方抛物线形渠坡和水平渠底的抛物线形复合渠道,同时推导出了抛物线复合渠道水力要素计算公式,并以水深、水面宽度和水平渠底宽度为变量,利用拉格朗日乘数法建立求最优解的迭代方程,借助Mathcad数学软件进行计算,推导出了抛物线复合渠道水力最佳断面情况下流量和水深的关系式以及水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式。通过实例计算,当流量Q为12 m^3/s时,在水力最佳断面情况下抛物线复合渠道的水深H0为2.263 m,水面宽度B0为4.538 m,过水断面面积A0为7.463 m^2。结果表明,相同流量下抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.67%,比弧脚梯形渠道减小了0.84%,比抛物线形渠道减小了1.05%,表明抛物线形复合渠道是更为优越的渠道断面形式。

复合断面渠道水力最佳断面及实用经济断面设计

根据水力最佳断面基本概念,推求了复合断面渠道水力最佳断面及实用经济断面的计算公式。并通过算例比较证实,复合断面水力最佳断面的面积和水面宽度比梯形水力最佳断面的小。对于挖方渠道,具有开挖工程量小和水面蒸发量少的优点,便于生产实际中应用。

泥石流排导槽水力最佳断面

根据所导出三角形和复式三角形排导槽的最佳水力断面，三角形水力最佳断面β＝１＋ｍ２－１，对梯形、矩形、三角形排导槽优化断面进行了比较，研究结果对规划设计有很强适用性。

渠道水力最优断面的程序设计及绘图

利用ActiveXAutomation技术将VisualBASIC与AutoCAD链接 ,实现了常用渠道的水力最优断面设计及绘图的自动化 。

U形渠道水力最优断面的计算

根据明渠均匀流理论，推求了U形渠道的水溶流量关系和水力最优断面，并通过算例比较证实，U形渠道可以大幅度的节约土地面积。

梯形渠道水力最佳断面设计的简单方法

根据梯形渠道水力最佳断面的宽深比计算公式及明渠均匀流计算公式，推出了水力最佳断面水深的直接求解公式，大大减少了计算量。