矩形渠道机翼形量水槽水力特性数值模拟

【摘要】： 渠道量水技术是一项搞好灌区经营治理、提高经济效益、实现按方收费、发展节水农业的关键技术之一。由于地域性差异,我国大型灌区各自的经济基础、发展水平及水文特征不尽相同。鉴于此,研制出具有结构简单、操作便捷、适应性强、水头损失小、量水精度高、流量计算公式简明等特点的渠道量水设备,是灌区实现科学、高效管理的重要手段之一,对灌区节水和可持续发展具有重要意义。 机翼形量水槽是一种适应我国灌区特点的新型量水设备。该量水槽过水侧外形为仿真机翼形状,由特定的曲线方程所控制,其结构较为简单,水流通过顺畅,施工造价较低。本文在前人对该量水槽进行研究的基础上,按照实体模型试验与计算机数值模拟相结合的方法,对其在灌区常见的矩形渠道中的应用进行分析与研究。现将主要研究内容与成果整理如下: (1)解析机翼形量水槽的测流原理及其结构形式,通过量纲分析与双对数拟合得到了该量水槽的流量计算公式; (2)在室内矩形渠道中建造不同收缩比的机翼形量水槽实体模型,通过系统试验,分析自由出流条件下该量水槽过流能力、水跃及水面线发展变化、流速分布、淹没度及雍水程度等水力特性,并由试验实测数据校核其流量计算公式,从而验证该量水槽量水精度; (3)对不同水力参数的量水槽分别建立数值模型,并根据流体分析软件Fluent及Flow-3D各自的特点,对量水槽模型逐一进行数值模拟,再现其过流过程,并对其各项水力特性进行分析与研究; (4)将软件数值计算结果与模型试验实测数据进行对比验证,并对实体试验过程中难以把握与量测的物理量进行讨论,分析运用数值模拟方法对机翼形量水槽进行研究、设计与优化的可行性,为该量水槽继续在灌区推广提供技术参考与建议。