為更好地促進節(jié)約用水,實行計量灌溉,使農(nóng)民的負擔(dān)減輕,必須得加強灌溉用水管理,其中最基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的技術(shù)是灌區(qū)量水�；∧_梯形與弧底梯形渠道過流能力大、輸水能力強、泥沙淤積狀況、結(jié)構(gòu)和受力分布均優(yōu)于傳統(tǒng)的梯形渠道斷面,但缺乏配套的量水設(shè)施,研發(fā)適宜的量水設(shè)施對促進灌區(qū)現(xiàn)代化管理具有實用價值。論文針對這兩種渠道斷面特點設(shè)計了弧底梯形短喉道量水槽,基于Fluent6.3大型流體力學(xué)計算軟件,利用RNG k-?三維湍流模型和VOF(volume of fluid)追蹤自由液面的方法,對量水槽的水力性能進行了三維流場數(shù)值模擬,得出弧底梯形短喉道量水槽在兩種渠道上表現(xiàn)出的水力特性較為接近,實用性均很好,為以后在灌區(qū)實際工程中使用及大規(guī)模的推廣此類量水槽提供了一定的理論基礎(chǔ)。論文主要針對以下幾個方面進行了研究討論:(1)對不同收縮比、喉道長度組合的弧底梯形短喉道量水槽在不同底坡下的水流特性進行數(shù)值仿真計算,通過將謝才公式計算值與軟件模擬值進行比對研究,發(fā)現(xiàn)所采用的數(shù)值模型和建立的幾何模型準確性高,進而使得通過數(shù)值模擬方法對量水槽水流性能進行精準剖析成為可能。(2)得到了弧底梯形渠道中短喉道量水槽的流態(tài)分布及水面線變化情況、槽前弗勞德數(shù)、沿程弗勞德數(shù)的變化規(guī)律、水頭損失的影響因素等,并針對弧底梯形渠道建立了與渠道上游水位、量水槽收縮比、喉口寬度、喉道長度相關(guān)的流量公式,精度較高,滿足灌區(qū)量水要求。(3)得到了弧腳梯形渠道中短喉道量水槽的流態(tài)分布及水面線變化情況、不同斷面流速分布情況,將沿程弗勞德數(shù)與斷面比能進行對比分析,發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)臨界水深斷面位置為量水槽擴散段,其出現(xiàn)的位置喉道長度的增大而后移,對水位流量關(guān)系曲線、量水槽壅水高度影響因素進行了探討,并針對弧腳梯形渠道建立了與渠道上游水位、量水槽收縮比、喉口寬度、喉道長度相關(guān)的流量公式,精度較高,滿足灌區(qū)量水要求。(4)通過對其他尺寸渠道進行驗證,得出所建立的統(tǒng)一公式具有普適性,為后續(xù)其他類型或規(guī)格量水槽公式的推出提供依據(jù)。本文在研究過程中,由于時間和個人能力的限制,存在一些不足:基于數(shù)值模擬方法進行弧底梯形短喉道量水槽的水力性能研究,缺乏水工模型試驗和在灌區(qū)中實際應(yīng)用進行對照,后期條件允許的情況下,建議結(jié)合工程實際對量水槽進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和測流公式的進一步修正;在數(shù)值模擬過程中未考慮到渠道含沙和漂浮物的影響,后期有條件應(yīng)進一步研究泥沙等對過流特性的影響以及提出相應(yīng)的防淤措施;主要針對自由出流工況下的公式流量公式進行了推導(dǎo),建議后期補充淹沒出流相關(guān)測流公式;進行流量公式普適性驗證時,沒有對所取渠道不同收縮比對應(yīng)的適宜底坡范圍進行深入探討。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S274.4
【部分圖文】：

圖 1-1 長喉道量水槽結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-1 The structure diagram of long-throated flume.2 直壁式量水槽直壁式量水槽按喉道長度來看，屬于長喉道量水槽。直壁式量水槽隨著灌區(qū)中的大量推廣應(yīng)運而生，于 1992 年被張志昌所研制，U 形渠道收縮到一定程度與寬頂堰相同的臨界流，從而可以利用寬頂堰的水深流量公式進行計算。張志92）對三種不同的 U 形渠道直壁槽式量水堰流量系數(shù)規(guī)律進行探討，得出流量縮比呈反比，與水深呈正比的規(guī)律，并通過模型驗證其準確性；李國佳等（2

圖 1-2 U 形渠道直壁式量水槽結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-2 The structure diagram of th straight-wall flume in the U-channel.2 短喉道量水槽短喉道量水槽目前以巴歇爾量水槽的研究為主（劉欽波等 2013），它是 1926 .Parshall 將長喉道改成短喉道研制而成，在此之前量水槽以長喉道量水槽居多，部為水平的上游收縮段、短直喉道段和槽底部向下游傾斜的下游擴散段組成。壅水高度低，量水精度高（平均誤差小于 4%），水頭損失小，不易淤積，測等特點（李杰等 2009），是近年來使用較廣泛的短喉道槽。但因槽底部坡度寸、修建比例等有嚴格的規(guī)定，要不然會對測量的精度產(chǎn)生影響，所以實際工難度較大，僅在干支渠上應(yīng)用較多（李香平等 2004），且因耗費大量人力物程性價比會有所降低。設(shè)計和安裝巴歇爾量水槽時，應(yīng)注意：量水槽首端距渠應(yīng)有大于等于渠道寬度兩至三倍的距離，量水槽末端距渠道末端應(yīng)有大于等于四至五倍的距離，平直渠段的長度應(yīng)大于等于渠寬的八到十倍。世界各國的專家對巴歇爾量水槽也進行了諸多研究。Parshall 在數(shù)十年間將巴槽進行改進推廣，在多次水力學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，制作出多種規(guī)格的巴歇爾量水

圖 1-3 標準巴歇爾量水槽結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-3 Structure sketch of the standard Parshall flume.3 無喉道量水槽無喉道量水槽源于巴歇爾量水槽，將喉道段去掉進行改進，因喉道長度為零而 1-4，朱懷祖 1973）無喉道量水槽由 1：3 進行收縮的進口收縮段和 1：6 進行口擴散段兩部分組成，結(jié)構(gòu)簡單易于修建，在壅水不嚴重的渠道中測量精度高Robert 等（1984）對三種無喉道量水槽的淹沒度和測流江都進行了研究；Viveanekar（2007）對七種不同尺寸的無喉道量水槽進行試驗研究，得出其在自由出下水位流量關(guān)系曲線，并得出形式更為簡便的流量公式；Rajib Das 等（2015）流和淹沒出流狀態(tài)下喉道寬度為 0.127m 的無喉道量水槽進行研究，得出不同淹水深隨流量變化情況曲線，并擬合出可推廣的流量公式。尹京川等（2011）以 F為依托，對矩形渠道無喉道量水槽進行水力性能探究，通過流量值的對比分析模擬方法的可靠性，為今后用三維仿真方法對水流內(nèi)部特性進行研究提供了依寶雞峽灌區(qū)中大量存在的弧底梯形渠道和弧腳梯形渠道等新型渠道，鐘新銘015），楊佩佩（2016），景志芳（2017）分別對弧底梯形無喉道量水槽、弧腳

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 郝晉彩;婁宗科;高鳳;;梯形渠道凍脹數(shù)值模擬與邊坡系數(shù)優(yōu)化[J];灌溉排水學(xué)報;2017年12期

2 張敏;馬孝義;景志芳;柳燁;甘學(xué)濤;;基于VOF的弧底梯形短喉道量水槽水力性能研究[J];中國農(nóng)村水利水電;2017年12期

3 王瑩瑩;王文娥;胡笑濤;陸慶楠;;矩形薄壁側(cè)堰水力特性試驗研究[J];灌溉排水學(xué)報;2017年10期

4 蘇怡;胡笑濤;王文娥;劉海強;薛城;;U形渠道斜坎量水堰水力性能試驗研究[J];中國農(nóng)村水利水電;2017年10期

5 安鵬;邢義川;張愛軍;趙磊;程大偉;;弧底梯形渠道抗凍脹結(jié)構(gòu)優(yōu)化與數(shù)值模擬[J];灌溉排水學(xué)報;2017年11期

6 張瀟;;渠道襯砌與防滲設(shè)計[J];海河水利;2017年04期

7 肖苡弨;王文娥;胡笑濤;;田間便攜式短喉槽水力特性試驗研究[J];人民黃河;2017年08期

8 冉聃頡;王文娥;胡笑濤;;梯形喉口無喉道量水槽設(shè)計及其水力性能模擬與試驗[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2017年15期

9 王瑩瑩;王文娥;胡笑濤;;矩形渠道梯形薄壁側(cè)堰流量系數(shù)及分水研究[J];水力發(fā)電學(xué)報;2017年03期

10 韓延成;徐征和;高學(xué)平;Said M.Easa;;二分之五次方拋物線形明渠設(shè)計及提高水力特性效果[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2017年04期

相關(guān)會議論文 前3條

1 劉來平;;對混凝土渠道防滲設(shè)計和渠道襯砌設(shè)計研究[A];云南省水利學(xué)會2015年度學(xué)術(shù)年會論文集[C];2015年

2 凡偉;槐文信;楊洪武;;彎曲明槽水流運動的三維數(shù)值模擬[A];第二十三屆全國水動力學(xué)研討會暨第十屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議文集[C];2011年

3 蘇華英;戴光清;楊慶;王海云;;V形直壁式量水槽在矩形渠道中的應(yīng)用研究[A];第二屆全國水力學(xué)與水利信息學(xué)學(xué)術(shù)大會論文集[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 孫斌;機翼形量水槽測流機理與體形優(yōu)化研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

2 潘志寶;機翼形量水槽水力特性試驗與數(shù)值模擬研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 宋金妍;翼型量水槽水力特性數(shù)值模擬及體型類比研究[D];鄭州大學(xué);2017年

2 景志芳;弧腳梯形渠道無喉道量水槽數(shù)值模擬研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2017年

3 肖苡弨;田間便攜式短喉道量水槽水力性能研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

4 王時龍;半圓柱形量水槽試驗研究與設(shè)計[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

5 紀詩聞;水力因素對明渠糙率影響的三維數(shù)值模擬研究[D];天津大學(xué);2016年

6 周斌斌;側(cè)堰式階梯溢洪道水力特性試驗研究及數(shù)值模擬[D];新疆農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

7 王佳偉;矩形渠道薄壁側(cè)堰試驗研究與數(shù)值模擬[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

8 王家琪;灌溉渠道流量量測與調(diào)控一體化裝置研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

9 蔣沛;U形渠道半圓柱形量水槽試驗與數(shù)值模擬[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

10 王s

本文編號：2807654