【摘要】：灌區(qū)量水是灌區(qū)實現(xiàn)科學(xué)水量調(diào)配、節(jié)約用水、定額管理的重要前提和基礎(chǔ),對量水技術(shù)的推廣實施十分重要。田間灌溉的水量及時間與作物需水量準(zhǔn)確配合時,可以達到節(jié)水高效生產(chǎn)的目標(biāo),在作物需水量方面已進行了大量科研工作,取得了豐富的成果。但目前對于量水技術(shù)的研究大多針對于規(guī)格渠道,很難適用于田間的地面情況與流量范圍,難以實現(xiàn)對進入灌水溝中的小流量計量,無法精確判斷作物需水量與實際灌溉用水量之間的關(guān)系。因此,針對中國北方灌區(qū)應(yīng)用最為廣泛的田間灌溉方式溝灌、畦灌,提出一種適用性強且成本低廉的新型量水設(shè)備來滿足其量水需求尤為重要。本研究提出的小流量土渠簡易長喉道量水槽外輪廓為貼近灌水溝形式的梯形斷面,喉道斷面為三角形,適用于田間灌溉小流量下的精確量水。通過量水槽原型過流試驗及數(shù)值模擬的研究方式,探究小流量土渠簡易長喉道量水槽在不同運行工況、不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的水動力特性。主要研究內(nèi)容及結(jié)論:(1)在已有量水槽研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合北方灌區(qū)田間灌水溝的形式尺寸與流量范圍,針對不同的運行工況,設(shè)計了兩種體型參數(shù)的小流量土渠簡易小流量土渠簡易長喉道量水槽。由臨界流原理及能量守恒推導(dǎo)得出了小流量土渠簡易長喉道量水槽流量公式形式。(2)在1/10000的底坡下進行了小流量土渠簡易長喉道量的原型過流試驗,分析了不同流量和出流條件下的水面線、傅汝德數(shù)、斷面比能的沿程變化規(guī)律;確定了臨界水深斷面產(chǎn)生的具體位置在喉道段中的位置,進而得出了量水槽喉道長度的建議優(yōu)化值;擬合得出自由出流和淹沒出流狀態(tài)下的水深流量公式,計算流量與實際流量比較,平均誤差和最大誤差均在5%之內(nèi);量水槽1、2的臨界淹沒度數(shù)值穩(wěn)定分布在0.80~0.86之間,隨流量變化小。(3)采用基于Flow-3D的計算流體力學(xué)方法對小流量土渠簡易長喉道量水槽的內(nèi)部水流運動進行了模擬計算,試驗水深值與模擬值的最大相對誤差均小于10%,二者水面線變化規(guī)律吻合,模擬結(jié)果精度較高。依靠數(shù)值模擬的優(yōu)勢深入分析了量水槽內(nèi)部流場,得到縱向、橫向時均流速以及紊動強度的分布規(guī)律。(4)通過1/500~1/10000范圍內(nèi)5種底坡的原型試驗,探究底坡變化對小流量土渠簡易長喉道量水槽水力特性的影響,不同底坡下量水槽內(nèi)沿程水面線總體上比較接近,底坡的變化對喉道控制段水深的影響整體較小,通過各底坡下斷面5處的水深流量關(guān)系,得到底坡在1/500~1/10000范圍內(nèi)的通用測流公式,且具有較高的測流精度。采用數(shù)值模擬的方式增加設(shè)計了三種側(cè)壁邊坡系數(shù)的量水槽,進一步探究側(cè)壁的傾斜度對量水槽水力特性的影響,得到各量水槽的流量適用范圍和地面情況,并分析了底坡變化對水面線、縱向流速的影響;通過計算臨界水深產(chǎn)生的位置針對各量水槽得出喉道段長度的優(yōu)化建議。
【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】：2019
【分類號】：TV135.3;S274.4
【圖文】：

渠道類型和測流工況下的研究使量水槽在近些年得以不斷改進和發(fā)喉道量水槽研究指出長喉道量水槽是在 1888 年 Bazin 的寬頂堰試驗基礎(chǔ)上演變喉槽與寬頂堰同屬一類水力特性結(jié)構(gòu)（沈波等 2003）。Ackers、H36 年結(jié)合邊界層理論，提出了梯形斷面長喉道量水槽的常規(guī)設(shè)計方到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織認(rèn)可（Ackers, P 等 1978），Reploge 后引入流速的計算機模型設(shè)計方法，適用于不同形狀的控制斷面和渠道類型，提高（Replogle, J.A 等 1987）。之后 Bos（1981）、Clemmers（198槽進行了更進一步的探究，完善了其在淹沒度、水頭損失、流速系究（Clemmens, A. J 等 1984）。進入二十世紀(jì)，國內(nèi)孫秋菊等人基了長喉槽的軟件程序，集工況計算、體型設(shè)計、繪制出圖于一體，況下的長喉槽設(shè)計（孫秋菊等 2000）；王長德等人對長喉槽水頭損了優(yōu)化研究。近些年，依靠信息化設(shè)備及傳感技術(shù)的快速發(fā)展，吉插式長喉槽測流計，得到過流水力參數(shù)的數(shù)字化顯示并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳03）。發(fā)展到目前長喉槽的研究成果十分豐富，理論分析及體型結(jié)構(gòu)研

地面情況下采用長喉槽的形式來設(shè)計量水槽無疑是最為合適的量水槽水槽較長喉槽比喉道段長度大為縮減，同樣由上游收縮漸變段散銜接段三個主要部分組成，如圖 1-2（Parshall, R. L1928）�？s減，過槽水流水面線的變化曲率較大，不會在喉道段內(nèi)形成，且相對容易受到下游水深的影響，臨界淹沒度較長喉道量水度上會影響測流精度。Parshall 槽作為最典型的短喉槽（Par Singh 等 2014）研究十分成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的水量收縮與豎直向收縮，標(biāo)準(zhǔn)化程度高適應(yīng)多種測量要求，但是其本較高。近年來由于自身結(jié)構(gòu)上的一些缺陷，以及更加優(yōu)良的，Parshall 槽的應(yīng)用程度受到一定限制。肖苡弨等在傳統(tǒng) Parsh良，提出可移動攜帶的短喉道槽來用于田間進水口處的量水，，針對性地改進了體型參數(shù)，水力性能良好滿足田間末級量水）。

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本文編號：2716367