【摘要】：灌區(qū)量水是一項(xiàng)基礎(chǔ)且關(guān)鍵性的技術(shù),對(duì)灌區(qū)節(jié)水、實(shí)現(xiàn)水資源高效可持續(xù)利用具有重要意義。根據(jù)我國(guó)灌區(qū)量水技術(shù)與設(shè)施的現(xiàn)狀及量水任務(wù),研究具有量水精度高、測(cè)流范圍廣、水頭損失小、靈敏度和靈活度高的渠道量水設(shè)備,是灌區(qū)迫切需要的灌溉管理技術(shù)之一。近年來,灌區(qū)進(jìn)行了的斗、農(nóng)渠以及田間工程改造,小型渠道量水設(shè)施的研究成為量水技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)灌區(qū)小型渠道和田間進(jìn)水口數(shù)量大且缺乏相應(yīng)量水裝置,對(duì)渠道進(jìn)水口進(jìn)行改造,設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的量水側(cè)堰,通過理論分析、原型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法,對(duì)側(cè)堰水力性能及影響因素進(jìn)行了研究。原型試驗(yàn)在長(zhǎng)35m、寬0.5m、深0.6m的平坡矩形渠道與側(cè)渠道的分水口處,安裝了堰厚0.5cm的18種堰板(6種堰高:7.05cm、10.25cm、13.15cm、15.15cm、17.05cm、20.35cm,3種堰寬:50cm、40cm、30cm),對(duì)10種不同流量工況下側(cè)堰水力性能進(jìn)行了試驗(yàn),共188組。通過對(duì)側(cè)堰結(jié)構(gòu)參數(shù)與上下游水面線、斷面水深、流速、佛汝德數(shù)等量之間的關(guān)系研究,取得了以下主要結(jié)論:(1)通過試驗(yàn)和理論分析,得到了矩形渠道矩形薄壁側(cè)堰在自由出流狀態(tài)下的基于正面堰流公式的流量公式,半理論半經(jīng)驗(yàn)的流量公式滿足量綱和諧性,且流量公式簡(jiǎn)明實(shí)用,測(cè)流精度較高,平均相對(duì)誤差為2.05%;且流量與堰前水深間呈現(xiàn)出良好的冪函數(shù)關(guān)系,直接擬合所得的流量公式平均誤差為6.89%。(2)矩形薄壁側(cè)堰堰前的水面線較為復(fù)雜,主渠水面線到達(dá)堰口附近均呈現(xiàn)先下降后逐漸上升的趨勢(shì)。矩形薄壁側(cè)堰的臨界淹沒度較高,在試驗(yàn)條件的范圍內(nèi),臨界淹沒度的變化范圍為0.71~0.91,均值可達(dá)0.78,能在較大范圍內(nèi)保證矩形薄壁側(cè)堰在自由出流狀態(tài)下工作。側(cè)堰的壅水高度相比量水槽較高,在該試驗(yàn)條件下,當(dāng)流量在15L/s~41L/s范圍時(shí),壅水高度均小于20cm,最大壅水高度為19.46cm。矩形薄壁側(cè)堰上游佛汝德數(shù)Fr均小于0.3,符合灌區(qū)量水標(biāo)準(zhǔn)。矩形薄壁側(cè)堰的水頭損失較高,占上游總水頭的50%左右,高于較多的槽類量水裝置。對(duì)于矩形薄壁側(cè)堰在緩坡的矩形渠道上堰寬的選擇,原則上應(yīng)取寬度較大者為好;在對(duì)堰高選擇時(shí),應(yīng)在不影響測(cè)流精度的前提下選擇高度較低的側(cè)堰。(3)通過FLOW-3D軟件模擬了試驗(yàn)條件下矩形渠道側(cè)堰的水力性能,將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,模擬所得水流流態(tài)、水面線變化、流速分布規(guī)律等與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合,說明數(shù)值模擬使用的模型可靠、模擬結(jié)果準(zhǔn)確,可進(jìn)一步通過數(shù)值模擬研究其他側(cè)堰形狀的水力性能,為側(cè)堰體型優(yōu)化提供參考。通過對(duì)矩形渠道薄壁側(cè)堰水力性能研究說明薄壁側(cè)堰是適合小型渠道上測(cè)流的量水設(shè)備,有較好的推廣應(yīng)用前景。
【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)】：S277

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號(hào)：2737173