【摘要】：分水口是灌區(qū)灌溉渠系常見的過水建筑物,通過調(diào)節(jié)節(jié)制閘及分水閘開度控制主流渠道及分水渠道內(nèi)的水位,使來流渠道的水流按水量計劃經(jīng)分水口進入側(cè)渠道。為了滿足自流灌溉要求,側(cè)渠道進水口處底部高程高于田面高程。由于分水口建成后,分水流量與渠道內(nèi)水位具有良好的對應關(guān)系,可以作為流量量測設施,避免修建特設量水設施產(chǎn)生的水頭損失,也可以達到渠道水量的測控一體化,提高灌區(qū)現(xiàn)代化管理水平。目前明渠分水口水力特性的研究主要針對分水口處側(cè)渠道與主渠道底部高程相同的情況,灌區(qū)渠系布置中多數(shù)為側(cè)渠道入口底部高程高于主渠道,因此本研究針對側(cè)渠道底高程高于主渠道時的水力性能進行了研究,試驗對3種側(cè)渠底高、5種渠寬比、5個總流量及同一來流量下5種分流比(通過控制主渠末端水位得到不同分流比),共375組原型試驗,結(jié)合FLOW-3D軟件進行的不同分水角條件下的分水口流暢數(shù)值模擬,對矩形渠道分水口進行了水力性能研究,分析了主渠道在分水口處的水面線、流向角、斷面流速、回流區(qū)等水力特性以及側(cè)渠道進口流量系數(shù)及其影響因素之間的關(guān)系式,主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)基于能量守恒和量綱和諧原理,對側(cè)渠道進口流量公式及流量系數(shù)進行了理論分析,得到了側(cè)渠進口流量理論計算公式和影響流量系數(shù)的相關(guān)因素。(2)對矩形渠道分水口試驗和模擬結(jié)果進行了分析,得到了主渠道在分水口處的水面線、分流比與相對堰上水頭、主渠上下游傅汝德數(shù)之間的關(guān)系、流向角與相對堰上水頭之間的關(guān)系;根據(jù)量綱分析得到的流量系數(shù)影響因素,擬合了側(cè)渠底高與堰上水頭的比值與側(cè)渠道進口流量系數(shù)的關(guān)系式,除分流比小于0.13的情況下相對誤差大于12%,其余均小于12%。(3)對比分析了矩形渠道分水口試驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù),水深和斷面流速實測值與模擬值吻合較好,相對誤差均小于10%,表明利用FLOW-3D對矩形渠道分水口進行模擬結(jié)果可信可靠;主渠道在分水口處水面呈逐漸上升趨勢,近似于一條壅水形的直線,在分水口下游端處水深達到最大值;主渠道各斷面流速分布規(guī)律在不同水深下大致相同,高于側(cè)渠底高的主渠水流對低于側(cè)渠底高的水流產(chǎn)生擾動,使側(cè)渠底前的水流具有向上的流速,與上層水流一起參與分流。主渠道下游遠離分水口處的邊壁湍動能值較大,在分水口上游端水流與邊壁發(fā)生分離,流速變化劇烈,并形成較多的渦流,湍動能值較大。(4)結(jié)合文獻中矩形渠道分水口45°分水角的試驗數(shù)據(jù),利用FIOW-3D對相同工況下分水口進行了模擬,并對流速結(jié)果進行了對比,實測值與模擬值相對誤差均小于10%,利用FLOW-3D對不同角度分水口模擬結(jié)果可信;擬合了各分水角下側(cè)渠道進口流量系數(shù)與相對堰上水頭之間的關(guān)系式,最大相對誤差e_(max)均小于11%。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2-1 分水口各參數(shù)示意圖Fig. 2-1 The parameters diagram of water-diversion在本試驗研究中，主渠道寬度 BL、底坡 i 及水的密度為定值，粘滯效應對水流的影響較小，可以忽略不計，所以側(cè)渠道流量公式可簡化為：Q3=f1(bL,P,v,H,g,ɑ) (2-7)根據(jù)量綱和諧原理及 π 定理分析法，對式（2-2）進行量綱分析可得：F(Q3H2√gH,PH,v√gH, H,ɑ)=0 (2-8)上式可變形為：Q3=Hb√2g F1(PH,v√gH,b H,ɑ) √2g H1.5(2-9)由 2-5 和 2-9 可知，流量系數(shù) m 與 P/H、v/√gH、bL/H、ɑ 相關(guān)，由量綱原理分析得到側(cè)渠道流量的基本公式，通過試驗實測水深等數(shù)據(jù)，確定流量系數(shù) m 與各影響因素的關(guān)系式，將確定好的流量系數(shù)代入式（2-5），即為側(cè)渠道測流公式。2.2 分水口水力性能試驗
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV135.3;S274.4

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本文編號：2636556