【摘要】：渠道輸水是我國灌區(qū)進行農(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,同時對于增強人們的節(jié)水意識、科學解決農(nóng)業(yè)用水計量問題具有重要意義。因此,研究結構簡單、測流精度高、與灌區(qū)量水工作相適的量水設施并將其加以規(guī)范的應用成為了有效進行用水管理的重要手段。圓頭量水柱是一種適應我國北方灌區(qū)特點的新型量水設備,其尾部V形尾翼的流線型設計使得過流流態(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與計算機數(shù)值仿真相結合的方法,對不同底坡U形渠道使用圓頭量水柱時的水力性能、結構形式進行了系統(tǒng)分析,并在此基礎上得出其標準化選型方案。主要研究內(nèi)容及結論如下:(1)對圓頭量水柱在U形渠道中的測流原理進行研究,并根據(jù)臨界流原理推導出了理論上的圓頭量水柱流量計算公式。(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方案,并在6種底坡、5種流量工況下開展試驗,分析了圓頭量水柱測流時的水面線及相關水力特征參數(shù)的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)該量水柱測流水面線變化與明渠恒定非均勻漸變流理論推導的水力現(xiàn)象一致,駐點水深與流量具有穩(wěn)定關系,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0.90,水頭損失較小。擬合得出建立在駐點水深基礎上的流量公式,并通過與實測流量的對比論證了該公式良好的測流精度(5%)。(3)利用Flow-3D軟件,采用RNG k-ε紊流模型,對圓頭量水柱進行三維仿真計算,并與物理模型試驗的結果進行對比,結果表明,二者吻合較好;在此基礎上分析了測流的時均流場,V形尾翼對圓頭量水柱測流的影響,得出了不同斷面尺寸下U形渠道圓頭量水柱測流流場。(4)綜合物理模型試驗與三維數(shù)值試驗,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,具體選擇時應視渠道底坡大小而定,底坡較小的渠道應選取較大的喉口收縮比;底坡較大的渠道應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;當喉口收縮比減小時,長寬比?可相應增大,但不宜超過5/2。(5)基于標準化方法得出了U形渠道圓頭量水柱的標準化選型模式、建立了更具實用價值的流量公式、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,并在此基礎上分析了各型號圓頭量水柱的適應性。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S274.4

【參考文獻】

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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：2707140