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灌区新型量水槽结构形式优化及测流计算方法研究

蔡勇  
【摘要】:柱形量水槽是直接在原有棱柱体渠道轴线上设置一个可移动的柱或筒,促使水流在该处形成临界水流状态来测流的小型量水设备,无需改变原有渠道断面结构,适合在对称的矩形、梯形、U形等断面渠道上安装使用。柱形量水槽可以方便地将水位传感装置安装在柱体内,形成量测十分方便的移动式或固定式量水设施。 本文首先对柱形量水槽的一般测流理论进行研究,得出适用于梯形和U形渠道上不同形状柱形量水槽流量计算的一般公式。然后,在底宽为20cm、渠深为35cm、边坡系数为1.0的梯形断面渠道和渠深为40cm、底部圆弧半径为15cm、边墙外倾角α=8°的U形渠道上,对圆柱形、桥墩形、椭圆柱形和菱柱形等多种柱形量水槽进行一系列的试验研究,探讨各种形式柱形量水槽的流量系数、淹没系数、壅水高度、水头损失、临界淹没度等变化规律,在此基础上,对柱形量水槽的结构形式作进一步优化分析。用标准κ-ε双方程紊流模型,数值模拟圆柱形和桥墩形量水槽三维水流运动,在更大的范围内研究圆柱形和桥墩形量水槽流量系数的变化规律。最后,根据水槽试验和数值模拟研究成果,建立一套适用范围较广的、能满足自由出流和淹没出流需要的圆柱形和桥墩形量水槽的测流计算方法,并对方法的精度进行分析,为圆柱形和桥墩形量水槽的广泛应用提供理论基础。


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