【摘要】：渠道輸水是我國灌區(qū)進(jìn)行農(nóng)田灌溉的主要輸水形式,在輸水渠系中開展量水工作能夠保證灌溉過程中的正確引水、配水和用水,同時(shí)對(duì)于增強(qiáng)人們的節(jié)水意識(shí)、科學(xué)解決農(nóng)業(yè)用水計(jì)量問題具有重要意義。因此,研究結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)流精度高、與灌區(qū)量水工作相適的量水設(shè)施并將其加以規(guī)范的應(yīng)用成為了有效進(jìn)行用水管理的重要手段。圓頭量水柱是一種適應(yīng)我國北方灌區(qū)特點(diǎn)的新型量水設(shè)備,其尾部V形尾翼的流線型設(shè)計(jì)使得過流流態(tài)更加穩(wěn)定,與普通的圓柱體量水槽相比,能夠有效改善過槽水流,減小水頭損失。本研究采用物理模型試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真相結(jié)合的方法,對(duì)不同底坡U形渠道使用圓頭量水柱時(shí)的水力性能、結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并在此基礎(chǔ)上得出其標(biāo)準(zhǔn)化選型方案。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)對(duì)圓頭量水柱在U形渠道中的測(cè)流原理進(jìn)行研究,并根據(jù)臨界流原理推導(dǎo)出了理論上的圓頭量水柱流量計(jì)算公式。(2)選用6種喉口收縮比、3種長寬比的圓頭量水柱制定試驗(yàn)方案,并在6種底坡、5種流量工況下開展試驗(yàn),分析了圓頭量水柱測(cè)流時(shí)的水面線及相關(guān)水力特征參數(shù)的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)該量水柱測(cè)流水面線變化與明渠恒定非均勻漸變流理論推導(dǎo)的水力現(xiàn)象一致,駐點(diǎn)水深與流量具有穩(wěn)定關(guān)系,上游壅水高度較小,上游斷面佛汝德數(shù)小于0.5,臨界淹沒度可達(dá)0.90,水頭損失較小。擬合得出建立在駐點(diǎn)水深基礎(chǔ)上的流量公式,并通過與實(shí)測(cè)流量的對(duì)比論證了該公式良好的測(cè)流精度(5%)。(3)利用Flow-3D軟件,采用RNG k-ε紊流模型,對(duì)圓頭量水柱進(jìn)行三維仿真計(jì)算,并與物理模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明,二者吻合較好;在此基礎(chǔ)上分析了測(cè)流的時(shí)均流場(chǎng),V形尾翼對(duì)圓頭量水柱測(cè)流的影響,得出了不同斷面尺寸下U形渠道圓頭量水柱測(cè)流流場(chǎng)。(4)綜合物理模型試驗(yàn)與三維數(shù)值試驗(yàn),給出圓頭量水柱的最優(yōu)體型參數(shù)選取范圍:喉口收縮比的適宜選擇范圍為0.50≤?≤0.70,具體選擇時(shí)應(yīng)視渠道底坡大小而定,底坡較小的渠道應(yīng)選取較大的喉口收縮比;底坡較大的渠道應(yīng)選取較小的喉口收縮比;圓頭量水柱長寬比?的適宜選擇范圍為:3/2~2;當(dāng)喉口收縮比減小時(shí),長寬比?可相應(yīng)增大,但不宜超過5/2。(5)基于標(biāo)準(zhǔn)化方法得出了U形渠道圓頭量水柱的標(biāo)準(zhǔn)化選型模式、建立了更具實(shí)用價(jià)值的流量公式、給出了系列化圓頭量水柱的命名方法,形成了一列的量水柱規(guī)格,并在此基礎(chǔ)上分析了各型號(hào)圓頭量水柱的適應(yīng)性。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S274.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 郭曉丹;;淺談我國水資源的利用及策略[J];河南水利與南水北調(diào);2014年03期

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本文編號(hào)：2707140