弧底梯形无喉道量水槽的数值模拟与体型优化研究

发布时间：2020-06-13 23:53

【摘要】：推动节水农业的发展,必须依赖于对水位流量数据的精准计量,而灌区量水恰是提供这些资料的有效手段。弧底梯形渠道断面是梯形断面的衍生形式,具有过流能力强、水头损失小、抗冻胀能力强、不易淤积等诸多优点,在灌区更新改造项目中得到不断推广。本文基于Fluent软件,采用RNG k-ε湍流模型和VOF方法相耦合,对适用于弧底梯形渠道的新型无喉道量水槽三维水流运动进行了数值模拟,通过对不同收缩比和喉口边坡系数的无喉道量水槽试验结果的分析研究,探讨了不同参数下量水槽的上游壅水高度、佛劳德数、临界淹没度、水头损失、测流精度等因素变化规律,并在此基础上,对量水槽的体型参数进行优化分析,确定其收缩比和喉口边坡系数的最佳取值范围,为该量水槽在灌区的推广应用提供了理论依据。论文主要研究内容及结论如下:(1)基于弧底梯形渠道无喉道量水槽的测流原理,通过回归分析拟合建立了与上游水位、量水槽收缩比和喉口宽度相关的流量公式,计算相对误差平均值为2.76%,满足测流精度的要求。(2)选择不同收缩比和喉口边坡系数组合的量水槽制定试验方案,在较大底坡范围内进行三维数值模拟,并在此基础上验证了研究所建数值模型与模拟参数的选择具有较高的可靠性,利用数值模拟的方法可以真实反映不同流量工况下量水渠槽纵横断面水面线和内部流速场变化规律。分别从佛劳德数和断面比能两个方面分析了过槽水流流态,得出临界水深断面发生在量水槽扩散段内,距喉口断面0.51~1.52m之间,位于出口扩散段前半段,并且临界水深出现的位置随过流流量的增大而后移。(3)在弧底梯形渠道无喉道量水槽三维数值试验的基础上,重点对无喉道量水槽在弧底梯形渠道测流时测流影响因素和相关水力特性参数进行理论和数据分析,结果表明测流流量随渠道边坡系数和量水槽收缩比的增大而增大,而渠深和喉口边坡系数对测流结果的影响可以忽略,量水槽壅水高度较小,上游断面佛劳德数小于0.5,临界淹没度可达0.92,水头损失较小,平均占上游总水头的3.65%。(4)通过对试验数据的综合分析,得出量水槽不同收缩比、喉口边坡系数和渠道底坡下水位流量变化规律,进而给出量水槽最优体型参数选择范围。量水槽收缩比的适宜取值范围为0.6~0.75,具体选择时视渠道底坡大小而定;试验得到量水槽喉口边坡系数与渠道边坡系数的关系为m1=(0.7~1)m。在此基础上结合前人研究成果得到不同渠道尺寸和底坡条件下量水槽体型参数选择表,明确了该量水槽的具体适用范围。 【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】：S274.4

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