本文關(guān)鍵詞：U形渠道半圓柱形量水槽試驗與數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：灌區(qū)渠道量水對加強用水管理和水費合理征收都起到基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性的作用,是推進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要手段。目前我國灌區(qū)眾多,受地域條件影響,南方和北方灌區(qū)的渠道類型以及水文條件差異較大,對量水技術(shù)提出了更高的要求。U形渠道在我國北方灌區(qū)末級渠系改造得到了大量的運用,顯得越來越重要,因此需要研制出經(jīng)濟(jì)耐用、便于在U形渠道上推廣的新型灌區(qū)量水設(shè)施。半圓柱形量水槽由渠道上以渠道軸線為中心線修建的半圓柱體構(gòu)成,結(jié)構(gòu)簡單,經(jīng)久耐用,具有一定的測流精度,適合U形渠道量水,對于在北方灌區(qū)渠道比降小、水源多泥沙的U形渠道中具有一定的研究應(yīng)用和推廣價值。本文對半圓柱形量水槽在D40U形渠道上進(jìn)行了試驗研究,并利用Flow-3D三維數(shù)值模擬軟件對該量水槽的過槽水流進(jìn)行了數(shù)值模擬,對U形渠道半圓柱形量水槽的水力特性進(jìn)行了分析研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論有:(1)分析了U形渠道下底坎式和無坎式兩種形式的半圓柱形量水槽的結(jié)構(gòu)以及測流原理,根據(jù)最小比能定理推導(dǎo)出該量水槽臨界水深的計算公式,并推導(dǎo)出了U形渠道半圓柱形量水槽的流量系數(shù)表達(dá)式以及量綱分析表達(dá)式。(2)在D40U形渠道對不同形式以及不同收縮比的半圓柱量水槽進(jìn)行了模型試驗,研究該量水槽在不同流量下的上游水深、臨界水深、上游佛汝德數(shù)、臨界淹沒度、雍水高度以及水頭損失的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明,U形渠道半圓柱形量水槽具有臨界淹沒度大,雍水高度以及水頭損失小等優(yōu)點;上游水深與臨界水深具有較好的相關(guān)關(guān)系,通過量綱分析法擬合得到的測流公式具有較高的精度;當(dāng)半圓柱體半徑相同的情況下,無坎式的半圓柱形量水槽性能優(yōu)于底坎式;建議U形渠道半圓柱形量水槽應(yīng)選擇無坎式,合適收縮比范圍應(yīng)為0.36到0.52。(3)對U形D40渠道的不同收縮比半圓柱形量水槽進(jìn)行建模,利用Flow-3D軟件,采用True VOF法和RNG k-ε紊流模型對該量水槽模型進(jìn)行三維數(shù)值模擬,對其得到的水流特性進(jìn)行了研究。將數(shù)值模擬得到各項水流特性與試驗結(jié)進(jìn)行對比驗證,并對相關(guān)物理量進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,采用數(shù)值模擬方法能夠有效模擬半圓柱形量水槽的三維水流特性,為量水槽的選型以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了新的方法。
【關(guān)鍵詞】：U形渠道 半圓柱形量水槽 收縮比 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV672;TV133
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 研究目的與意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.1 渠道量水的特點及要求12
• 1.2.2 常用渠道量水方法12-13
• 1.3 量水槽研究進(jìn)展13-21
• 1.3.1 量水槽性能研究進(jìn)展13-16
• 1.3.2 U形渠道的特點16-17
• 1.3.3 U形渠道量水槽簡介17-20
• 1.3.4 半圓柱形量水槽研究進(jìn)展20-21
• 1.4 數(shù)值模擬研究進(jìn)展21-23
• 1.4.1 計算流體力學(xué)發(fā)展概述21-22
• 1.4.2 三維水流數(shù)值模擬研究進(jìn)展22
• 1.4.3 量水槽數(shù)值模擬的研究進(jìn)展22-23
• 1.5 存在的問題23
• 1.6 本文研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線23-25
• 1.6.1 主要內(nèi)容23-24
• 1.6.2 技術(shù)路線24-25
• 第二章U形渠道半圓柱形量水槽的測流理論分析25-32
• 2.1 半圓柱形量水槽的測流原理25
• 2.2 U形渠道半圓柱形量水槽的基本測流公式25-31
• 2.2.1 斷面面積的計算25-27
• 2.2.2 臨界水深的計算27
• 2.2.3 流量系數(shù)表達(dá)式27-29
• 2.2.4 量綱分析法表達(dá)式29-31
• 2.3 小結(jié)31-32
• 第三章U形渠道半圓柱形量水槽試驗方法與設(shè)計32-35
• 3.1 試驗?zāi)Ｐ透艣r32-33
• 3.2 試驗方案設(shè)計33-34
• 3.3 試驗方法和步驟34-35
• 第四章U形渠道半圓柱形量水槽的試驗結(jié)果分析35-49
• 4.1 水位關(guān)系35-37
• 4.1.1 臨界水深、上游水頭與上游水深的關(guān)系35-36
• 4.1.2 上游水深與流量的關(guān)系36-37
• 4.2 流量公式的建立37-39
• 4.3 測流精度分析39-42
• 4.4 上游佛汝德數(shù)42-43
• 4.5 臨界淹沒度43-44
• 4.6 雍水高度44-45
• 4.7 水頭損失45-47
• 4.8 半圓柱形量水槽形式以及收縮比的選擇47
• 4.9 小結(jié)47-49
• 第五章U形渠道半圓柱形量水槽數(shù)值模擬49-65
• 5.1 數(shù)值模擬方法49-54
• 5.1.1 Flow-3D軟件簡介49
• 5.1.2 基本控制方程49-50
• 5.1.3 紊流模型的選擇50-52
• 5.1.4 數(shù)值離散方法52-53
• 5.1.5 離散方程的求解方法53
• 5.1.6 自由表面處理方法53-54
• 5.2 量水槽模型的建立54-58
• 5.2.1 三維模型的建立54-55
• 5.2.2 網(wǎng)格劃分55-56
• 5.2.3 邊界條件56-57
• 5.2.4 參數(shù)設(shè)置步驟57-58
• 5.3 數(shù)值模擬的結(jié)果對比58-62
• 5.3.1 過流流態(tài)58-59
• 5.3.2 縱剖面水面線59-60
• 5.3.3 上游水深60-61
• 5.3.4 出口流量61-62
• 5.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析62-63
• 5.4.1 佛汝德數(shù)62-63
• 5.4.2 斷面流速63
• 5.5 小結(jié)63-65
• 第六章 結(jié)論與討論65-67
• 6.1 主要結(jié)論65-66
• 6.2 不足與建議66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71
• 作者簡介71

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張堯立;楊燕寧;周志偉;王巖;;PCCSAP-3D程序壓力場算法改進(jìn)[J];計算物理;2012年05期

  本文關(guān)鍵詞：U形渠道半圓柱形量水槽試驗與數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：423827