三角迷宫式侧堰的水力特性研究

迷宫式侧堰具有较大的泄流能力,广泛应用于流量控制、农田灌溉和排水系统.为研究三角迷宫式侧堰的复杂水力特性、泄流规律及泄流影响因素,本研究首先基于FLOW-3D软件和RNG k-ε湍流模型,对侧堰的15种工况进行数值模拟计算,获得侧堰水面流态、流速分布等水力特性.同时,通过白金汉π定理推出影响迷宫式侧堰流量系数的无量纲参数,探究流量系数C_(d)与无量纲参数之间的变化规律,利用人工智能遗传规划(Genetic Programming,GP)算法拟合出流量系数计算公式.结果表明:主渠道内水流为缓流,堰顶角θ较小时,二次流使得水面流态变化,流速在靠近侧堰时发生急剧变化,堰内产生回流.随着θ的增大,堰顶上方水舌从对称分布变为偏右侧下泄,堰内回流现象消失;C_d随上游弗劳德数Fr和溢流前沿与堰顶水深之比l/h_(1)的增加而减小,随堰高与堰上水头之比p/h_(1)的增加而增加,θ越大,C_(d)变化趋势越大;流量系数预测公式在测试阶段的决定系数R^(2)=0.913,均方根误差RMSE=0.045,流量系数预测值与试验值的散点图拟合效果良好,数据点分布均匀且关于拟合线对称,表明GP模型得出的结果较为准确,满足灌区量水精度要求.该研究成果可为迷宫式侧堰在实际工程中的应用提供理论依据和技术支撑.

基于数据拟合法的三角形薄壁堰明渠流量测量不确定度优化

针对三角形薄壁堰明渠流量计非定点使用时测量准确度水平较低的问题,基于不确定度预评估结果,提出了以曲线拟合替代线性插值计算流量系数,采用了数字输出磁致伸缩水位传感器测量水头,显著降低了原方法中贡献较大的不确定度分项。基于弗劳德相似准则改进了频率采样方法,提升了测量结果的准确度水平。测量方法改进后不确定度由1.6%提高到0.56%。通过标准表法明渠流量流速标准装置对三角形薄壁堰明渠流量计进行了标定实验,实验结果表明:测量方法改进后标定误差(偏差)由2%降低到1%。

小集水区试验中三角堰量水问题的研究

对5种不同缺口角度的不完全收缩薄壁三角堰的出流特性进行了室内实验,得出了实验条条件下的流量系数经验公式和θ=90°堰的低水头(h<6cm)流量系数公式.通过理论分析和实测资料验证,指出了不能直接采用堰流公式得出小集水区的暴雨径流流量,并分析了野外观测的精度.

基于Cortex-M3低功耗三角形堰坡面径流采集器研究

采用Cortex-M3为内核的微处理器设计了基于三角堰低功耗坡面径流采集器。采集器通过RS485总线挂接水位传感器组,根据需求开启或关闭外设时钟电源,设置采集休眠时间间隔以降低系统功耗。采集器采用SPI总线接口的SD卡存储水位数据,最高速度可达2M带宽,通过设置菜单界面,可实现采集/休眠间隔、存储、系统时间、通信设置等数据,采用JBOSS搭建了信息显示和发布平台。与现有径流测定方法相比,采集器具有结构简单、功耗低、精度高(精度<0.3 mm,分辨率0.1 mm)等特点,经现场测试系统在10瓦光伏电池供电且在最大负荷下(挂载4组×8个水位传感器)最长稳定工作62天。

新型超声波方形量水槽测流误差试验研究

为提高新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流量精度,加强新型超声波方形量水槽在明渠量测水中的适应性,进而推进灌区信息化建设,在超声波方形量水槽前后加设水力收缩段,并引入水力学公式辅助测流,最后与三角堰进行流量误差对比试验研究.研究结果表明:无收缩段的方形量水槽在淹没出流条件下测流误差低于8%;有收缩段方形量水槽在流量大于0.1 m^(3)/s时测流误差低于8%;流量小于0.1 m^(3)/s时收缩段流量公式计算误差小于5%.收缩段和水力学公式辅助测流的方法有效改善了新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流精度,提高了新型超声波方形量水槽在明渠量水中的适用性,为超声波方形量水槽在实际量水中的应用提供技术保障.这种精度高,适应性强,测流简便的新型量水槽节约了明渠量水所需的人力物力,推动了灌区量水信息化的建设进程.

U形渠道三角剖面堰数值模拟与水力性能探究

为探究U形渠道三角剖面堰量水的可靠性及其水力特性,以更好地进行灌区科学化管理,合理分配水量。基于堰流原理,通过Fluent 6.3软件,采用VOF方法和RNG k-ε湍流模型对U形渠道三角剖面堰进行三维数值模拟,并对模拟结果进行分析。对不同流量工况下沿程水面线,流速分布,佛劳德数以及水头损失进行探究分析,得到水面线在量水堰处急剧下降,同时流速增大。水流流态从缓流到急流再恢复成缓流,临界流出现在堰顶处,且最大水头损失不超过上游总水头的13%,理论分析发现各项水力特性均符合经典水力学基本原理。建立流量公式并比较分析计算流量,模拟流量和渠道流量,最大误差为13.86%,最小误差为0.03%,基本符合灌区量水堰测流的精度。

基于机器学习对三角堰流量系数的预测研究

为了准确高效得出三角堰泄流系数的大小,本研究基于广义神经网络、最小二乘支持向量机和遗传规划对三角堰流量系数进行智能建模.将无量纲参数堰顶角、弗劳德数、堰顶长与堰高之比、堰顶长与堰顶水深之比作为模型输入参数,流量系数作为模型输出参数.研究表明,最小二乘支持向量机性能优于广义神经网络和遗传规划.在测试阶段,均方根误差为0.00073,散射指数为0.00102,决定系数为0.99959,最大误差为1.7%.该模型精度较高,预测值较准确,具有较强的工程适用性.本研究通过对三角堰流量系数进行智能建模,采用机器学习对非线性物理关系进行高精度拟合,准确高效得出三角堰流量系数的大小,可为水利水电工程设计人员和我国灌区精确量水用水提供一种新的方法和思路.

富水断层非标准三角堰测法流量计算方法及工程应用

公路、铁路、水利水电、矿山等隧道工程建设和运营过程中,不可避免地会遭遇塌方、突涌水等地质灾害问题,围岩失稳破坏和渗流突变是发生突水的直接原因。为查明龙南隧道F8富水断层洞身范围涌水来源及其涌水量的大小,采用非标准三角堰测法结合矩形堰测法现场监测F8断层地表上、下游流量。本研究提出非标准三角堰测法的基本概念,并根据标准三角堰测法流量公式,结合流量的等效原理,推导出了非标准三角堰测法流量公式。通过理论与实测数据进行比较,证明了本公式的合理性。研究结果表明,非标准三角堰测法流量公式的推导为现场流量实测提供了方便,克服了标准三角堰测法公式适用范围不足的缺点,为分析断层破碎带洞身围岩范围内涌水量大小提供了可靠依据。

U形渠道弧顶三角剖面堰的数值模拟

为提高三角剖面堰的过流能力,改善其水力特性,提高测流的精确度和可靠性,将堰顶改良形成弧顶三角剖面堰,探究弧顶三角剖面堰的水力特性,为灌区的科学化管理提供科学依据。利用AutoCAD结合GAMBIT软件建立U形渠道弧顶三角剖面堰的基本模型,并进行模拟计算,经过Tecplot软件后处理,从而获得水面线沿程变化规律和流速沿垂直方向的变化规律,得到水头损失最大为0.049 m,小于量水规范要求的5 cm。根据回归分析试验数据得到流量公式,比较渠道流量、模拟流量与计算流量,模拟流量最大相对误差为8.69%,计算流量最大相对误差绝对值为9.75%,三者吻合度较好,说明弧顶三角剖面堰测流精度较高。

U形渠道三角剖面堰水力特性的数值模拟

因三角剖面堰多被应用于矩形和梯形渠道,将其用于U形渠道并利用数值模拟方法分析尚未深入。为了探究U形渠道三角剖面堰的适用性以及数值模拟的准确性,利用AUTO CAD和GAMBIT建立U形渠道三角剖面堰物理模型,利用FLUENT6.3软件对其进行模拟计算,用Tecplot软件进行后处理,从而获得不同工况下水位和流速分布情况以及水位流量关系曲线。结果表明,不同工况下流量和水位的模拟值与实际值比较接近,流量的平均相对误差为0.21%,水位的平均相对误差为6.02%,水位流量曲线均符合指数函数关系。因此,U形渠道中三角剖面堰测流准确度较高,具有一定的可靠性和实用性,可以为灌区用水配水提供科学依据,提高水资源科学管理水平。

淤积工况下薄壁三角堰流量特征研究

【目的】探究淤积工况下薄壁三角堰的流量特征。【方法】利用计算流体力学软件FLUENT 19.0,结合室内试验,模拟薄壁三角堰渠道从无淤积至淤满过程中9个淤积工况下的过堰流场,分析流场内的流量、流速和水位变化,探讨渠道流量特征随淤积厚度的变化情况。【结果】模拟流量与理论流量、实测流量数值吻合,渠道内流速分布符合流速分布一般规律,证明模拟结果准确可靠;当理论流量为0.2210 L/s时,随着堰前淤积的加厚,模拟流量与实测流量呈无规律的波动变化,波动范围为理论流量的-0.45%~8.60%;当理论流量为0.2210 L/s时,对比无淤积和淤积工况下的堰前水面曲线,模拟与实测曲线均在近堰板处出现不同程度的的水位壅高,高度随淤积厚度的增加而波动上升。【结论】淤积会使堰前水位壅高且增大薄壁三角堰过流能力,而堰流公式中缺少适应这种变化的修正参数,导致生产中所得理论流量偏小。

梯形槽中三角剖面堰测流特性研究

研究梯形槽中三角剖面堰的测流特性，首先导出了梯形槽三角剖面堰的流量公式；而后通过不同边坡不同情况下的系列试验，给出了这种堰型自由流流量系数及淹没流折减系数的变化规律、推荐使用值及相应的不确定度，并从理论上予以阐释及论证；最后提出了由实测水头直接计算流量的流速系数法，可免除反复试算的麻烦。

白溪水库混凝土面板堆石坝渗流量观测综述

介绍白溪水库混凝土面板堆石坝渗流观测的特点和观测方法 。

升降式三角堰闸在生态排水沟中的应用及效应

介绍了结合运用流体力学、机械工程学及信息控制技术,成功研制的一种既能测量农田排水沟的排水量,又能调节并控制农田排水沟水深的升降式三角堰闸。通过现场试验和试用后,通过对自动测量数据和人工测量数据进行的对比分析证明,水位测量精度满足要求;由罗丹明示踪试验数据分析表明:安装升降式三角堰闸的生态型排水沟,流经区域更多,水流路径更长,水力效率和有效容积比升高,有利于排水沟内的植被吸收吸附农田水体中的氮磷。

三角堰测流率定方法浅析

三角堰测流方法已被广泛应用,一般情况下可用理论曲线推流,缺点是精度不高。尤其对固定长久的量水建筑物上装的三角堰精度要求高,必须进行率定。本文就三角堰率定工作加以阐述和分析。

高海拔地区三角堰流量系数测定试验研究

为有效利用水资源,提高西藏地区的水资源利用效率,解决西藏地区水资源供需矛盾等问题,文章对平均海拔3000m、纬度在26°52′-30°40′的西藏自治区林芝市巴宜区西藏农牧学院取水枢纽三角形薄壁堰进行了模型试验。试验结果表明:运用拟合法修正三角堰经验式流量系数,推出适用高海拔地区的流量公式;通过拟合公式计算得到的流量系数随着薄壁堰水头水位的增高,流量系数呈下降的趋势,其变化大致与内地的流量系数的变化趋于一致;通过采用以理论公式和拟合公式计算流量与实测流量的对比,两种公式计算出的最大误差在3%以内,因此,本次试验结果可为西藏地区薄壁堰的优化设计提供参考依据。

北京市三角形剖面堰水位推流应用研究

为解决河道小水等生态流量的监测难题,实现水资源的精细化管理,北京市在部分河道断面采用三角形剖面堰使水位流量单值化,并开展堰上水头连续监测,通过典型断面不同水位流量的现场精测,与三角形剖面堰水位流量关系理论线进行比对分析,发现堰上水头在低水区间流量实测值与理论值偏差在误差范围内,因此可在小水时利用理论线进行水位推流、中高水利用率定线进行水位推流。三角形剖面堰可推广应用于北方典型河道,满足防洪、景观、水资源、水质考核等要求,更有助于生态流量、海绵城市项目典型断面等水量监测。

三角堰计量法在填埋场垃圾渗沥液流量计量中的应用

结合福建省厦门市某生活垃圾填埋场工程,介绍了三角堰计量法及其在填埋场垃圾渗沥液流量计量中的应用,分析了测量的范围、精度及误差,并提出减小系统误差的方法。

高海拔地区三角堰水力学参数计算与分析研究

堰作为重要水工建筑物,其水力特性分析对水利建筑物的运行具有深远影响。现有关于薄壁堰尤其是三角形薄壁堰水力特性等相关研究均在平原地区开展,针对西藏高原地区薄壁堰研究较为匮乏的现状,该文以多功能变坡实验水槽和标准直角薄壁堰为基础,在海拔3000 m西藏自治区林芝市巴宜区西藏农牧学院开展三角薄壁堰水力特性模型试验,并运用ANSYS数值模拟仿真进行验证,得到适用于高海拔地区特定条件下三角型薄壁堰过堰流量理论公式,旨在为今后相关研究提供参考。

植草沟专用堰的设计与率定研究

植草沟是海绵城市建设中一种重要的转输设施,但现有的计量方法难以直接测定植草沟流量,因而提出利用薄壁三角堰,并通过设计一种与植草沟贴合的堰槽方式来测定植草沟的过流流量,使用此设施不仅可以监测植草沟进出口流量,还可以在不破环植草沟结构的前提下测定植草沟内任意一段的流量。采用直线边坡加圆弧底方式构建了非常规堰槽结构、直角三角形开口方式,实验率定了堰上水头与流量之间的曲线,并与既有公式进行对比。结果表明:相同堰上水头条件下,直角三角堰用既有公式计算出的流量值小于该堰槽方式下的实测值,且相对差值较大,实验范围内最大差值达25.9%,因此既有计算公式不能直接用于流量计算,而必须进行率定。通过率定拟合公式计算出流量与实测流量相对误差的绝对值在5%左右,计量精度能满足工程要求。