半圆柱形量水槽试验研究与设计

发布时间：2017-06-29 17:06

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【摘要】：当前水资源短缺、水土配置失衡、农田灌溉水利用率不高的严峻形势下,水资源的高效利用具有重要战略地位和作用。因此提高灌区渠道量水技术成为必要。U形渠道是中国首创的渠道断面形式。因其具有输水能力强、接近于最佳水力断面、水力条件优越、不易淤积、抗冻胀性好等优点,所以得到普遍运用,研发U形渠道上量水设备成为一种趋势。国内学者和专家对量水槽进行了大量研究,并研制出多种量水槽,但或多或少存在一些不足。本文对D40和D60两种规格渠道半圆柱形量水槽分别采用4种收缩比进行模型试验,并对试验所得数据进行分析,试验结果表明:(1)依据文丘里型量水槽量测原理,利用能量方程及临界流方程,推导出了U形渠道半圆柱形量水槽测流理论公式,该式物理量明确,其流量系数的经验公式可由实验数据求得。(2)临界水深、上游水头与上游水深均呈现极好的线性关系,上游水深与实测流量也呈现良好的幂函数关系。根据量纲和谐原理,推出了量水槽相对临界水深与量水槽上游相对水深显函数关系式,拟合出了具有量纲和谐性的半圆柱形量水槽流量公式,该式相关系数0.9984,简便实用,测流精度高,平均绝对误差为2.72%,满足灌区量水设备测流规范要求。(3)量水槽上游佛汝德数Fr(27)0.45,满足明渠规范要求。相同收缩比情况下与流量呈反比关系,即随流量的增加而减小,且与收缩比有关,收缩比愈大,Fr也较大。由于U形渠道的过水断面面积并非水深的线性函数,佛汝德数Fr与流量有关,随流量的增大而减小,但线性关系不是很明显。(4)U形渠道半圆柱形量水槽临界淹没度范围0.8至0.93,均值为0.85,最高值为0.93。因此有较大的自由出流范围,不易造成淹没出流,保证了流量量测的精确性。(5)壅水高度随流量的增大而增大,随收缩比增大而减小,因此在实际应用过程中应选择较大收缩比量水槽。但不宜过大,否则会影响测流精度。半圆柱形量水槽造成的局部水头损失较小,且随流量的增大而增大,随收缩比的增大而减小,占上游水头比值较小。(6)通过对两种规格U形渠道的半圆柱形量水槽进行试验,综合分析半圆柱形量水槽水力性能指标,得出了U形渠道半圆柱形量水槽适宜的收缩比为0.48~0.59。(7)给出了半圆柱形量水槽的标准化设计中量水槽半圆柱半径的迭代公式与曲面计算公式,为半圆柱形量水槽模板制作工艺提供了理论基础,为半圆柱形量水槽在田间实际运用奠定了基础。U形渠道半圆柱形量水槽具有流量公式简便、便于群众掌握、水力性能优越、结构简单、施工方便、模板制作简单等优点,因此,半圆柱形量水槽具有在灌区推广的价值。
【关键词】：U形渠道 半圆柱形量水槽 量纲分析法 标准化设计
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV131.6
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 灌区量水的特点12-13
• 1.2 灌区常用的量水方法13-14
• 1.3 量水槽研究发展与现状14-22
• 1.3.1 量水槽的特点14
• 1.3.2 国外量水槽研究发展现状14-15
• 1.3.3 国内量水槽研究发展现状15-16
• 1.3.4 U形渠道简介16-17
• 1.3.5 几种常用的渠道量水槽简介17-22
• 1.4 存在的问题22-23
• 1.5 半圆柱形量水槽研究进展23
• 1.6 本文研究的目的和内容23-24
• 1.7 本章小结24-25
• 第二章 U形渠道半圆柱形量水槽的试验设计25-29
• 2.1 试验目的与内容25
• 2.2 试验系统概述25-26
• 2.3 试验方案设计26-27
• 2.4 试验方法和步骤27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 U形渠道半圆柱形量水槽测流理论分析29-36
• 3.1 半圆柱形量水槽的测流原理29
• 3.2 U形渠道过水断面水力计算29-31
• 3.2.1 U形渠道断面参数29
• 3.2.2U形渠道断面面积计算29-30
• 3.2.3 U形渠道过水断面面积计算30
• 3.2.4 半圆柱形量水槽喉口断面面积计算30-31
• 3.2.5 半圆柱形量水槽喉口过流断面面积计算31
• 3.3 半圆柱形量水槽临界水深计算31-32
• 3.4 半圆柱形量水槽基本流量公式推求32-34
• 3.5 量纲分析与建立34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 量水槽的试验研究与性能分析36-51
• 4.1 水位—流量关系36-39
• 4.1.1 临界水深与上游水深36-37
• 4.1.2 上游水深与上游水头37-38
• 4.1.3 上游水深与流量的关系38-39
• 4.2 流量公式的建立39-40
• 4.3 测流精度分析40-44
• 4.4 量水槽上游佛汝德数44-45
• 4.5 临界淹没度45-46
• 4.6 壅水高度46-47
• 4.7 水头损失47-50
• 4.8 本章小结50-51
• 第五章 半圆柱形量水槽标准化设计和制作工艺研究51-55
• 5.1 量水槽收缩比选择51
• 5.2 量水槽半圆柱半径的确定51-52
• 5.3 半圆柱形量水槽曲面面积计算52-53
• 5.4 制作材料的选择53-54
• 5.5 量水槽模具设计54
• 5.6 量水槽的安装54-55
• 第六章 结论与研究展望55-57
• 6.1 结论55-56
• 6.2 创新与不足之处56
• 6.3 研究展望56-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 作者简介61

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本文编号：498624