无喉堰水力特性及三维数值模拟

【摘要】：随着我国有偿用水和节水灌溉制度的实施,实现灌区的智能化、自动化水量计量已成为急待解决的问题。无喉堰量水槽因其结构简单、上游壅水低、水槽不易淤塞等诸多优点而成为最适合在灌区应用的量水建筑物。同时无喉堰可实现灌区自动化水量量测工作,能有效解决各管理部门之间以及管理部门与当地农民之间由于对测流建筑物、测流方法、测量精度等方面的质疑而在水费收取问题上产生的矛盾。因此研究无喉堰量水槽的水力特性,实现灌区自动化水量量测,是一项有着巨大社会效益的工作。 本文针对河北省石家庄市冶河灌区引冶总干渠拟修建的无喉堰量水槽展开研究。目前无喉堰量水槽测流成功的例子仅限于自由出流的情况,而淹没出流状态下流量的计算方法、流量系数的确定、淹没的临界条件及影响因素有待于进一步探讨。因此需要进一步的科学试验和数值模拟对无喉堰的水流特性进行研究,得到无喉堰自由出流、淹没出流的流量计算公式及各种系数的经验公式,确定无喉堰淹没的临界条件。在此背景下,主要工作有： (1)理论上推导出无喉堰量水的流量计算公式。 (2)进行无喉堰水工模型试验,并以此为据找到无喉堰淹没的临界条件。 (3)编写数据处理程序,对试验数据进行回归分析,得到流量系数、淹没系数的经验公式。 (4)运用流体计算分析软件,对无喉堰流场进行计算机建模和数值模拟仿真计算,得到无喉堰不同出流情况下的流速场和压力场。 由试验得到的流量系数、淹没系数的经验公式及淹没的临界条件可直接应用于实际工程。数值模拟得到的无喉堰速度场和压力场的分布规律,将为无喉堰的优化设计提供理论依据。