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矩形渠道半圆柱形量水槽试验研究

作　者: 张鲁婧
导　师: 吕宏兴
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业水土工程
关键词: 半圆柱形矩形渠道收缩比水跃
分类号: S274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

渠道量水技术是灌区实行计划用水,节约用水和按方计收水费的关键技术措施。槽类量水建筑物是灌区易大范围推广应用的量水设施。半圆柱形量水槽是在渠道上以渠道轴线为对称轴修建半圆柱形,无需改变渠道断面结构,适合在矩形断面渠道上安装使用。本文对现有量水设施的研究现状进行了较为系统的总结和归纳,介绍了半圆柱形量水槽的测流原理和结构形式,在矩形渠道中进行系统的组合试验,试验数据表现出较好的相关性,相关系数为R 2=0.993。通过量纲分析得到了具有量纲和谐形式的半圆柱形量水槽流量计算公式。根据量纲分析建立的流量公式满足量纲和谐性,且流量公式简明实用,测流精度较高,计算流量与实测流量的平均误差为2.2%。本文分析了半圆柱形量水槽的淹没度、壅水高度、水头损失、上游佛汝德数、下游水跃形式等性能参数。试验分析结果表明,半圆柱形量水槽具有较高的临界淹没度。临界淹没度均值为0.8,能在较大范围内保证半圆柱形量水槽在自由出流状态下工作。佛汝德数Fr是衡量渠槽水流状态的一个指标,堰槽测流一般要求上游佛汝德数Fr小于0.5。矩形渠道半圆柱形量水槽佛汝德数Fr均小于0.45,符合测流要求,而且Fr随着收缩比的增大而增大,与流量的大小无关。半圆柱形量水槽壅水高度受流量和收缩比的影响比较明显,随收缩比的增大而减小,随流量的增大而增大。通过对矩形渠道半圆柱形量水槽水跃的分析,表明半圆柱形量水槽的水流绝大多数淹没收缩断面,形成淹没式水跃衔接。消能率随收缩比的增大而减小,随跃前佛汝德数的增大而增大。本文分析了矩形渠道半圆柱形量水槽的水面线和中垂线流速分布情况,水面线和中垂线流速变化比较平稳,能保证水流平稳地通过量水槽到达下游。通过对半圆柱形量水槽在矩形渠道上的试验和对其量水性能进行分析,结果显示半圆柱形量水槽具有测流精度较高,流量计算公式简捷,水流阻力小,临界淹没度较高,水头损失不大,结构简单,施工方便等优点。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 灌区量水的意义  9-10
  1.2 灌区量水的方法及原则  10-12
    1.2.1 灌区量水的方法  10-12
    1.2.2 灌区量水的原则  12
  1.3 国内外量水槽的研究进展  12-18
    1.3.1 量水槽的研究现状  12-17
    1.3.2 常用量水槽的特点及存在的问题  17-18
  1.4 灌区量水的任务和要求  18-19
    1.4.1 灌区量水的主要任务  18-19
    1.4.2 灌区量水的要求  19
  1.5 矩形渠道半圆柱形量水槽的安装与观测要求  19-20
    1.5.1 渠道水流条件  19
    1.5.2 行近渠道和下游渠道条件  19
    1.5.3 半圆柱形量水槽的观测要求  19-20
  1.6 本文的研究内容  20-21
第二章矩形渠道半圆柱形量水槽试验装置与试验方案  21-26
  2.1 试验装置  21-22
  2.2 试验设计  22-24
  2.3 试验步骤和方法  24-26
    2.3.1 试验步骤  24
    2.3.2 试验方法  24-26
第三章矩形渠道半圆柱形量水槽的理论分析  26-29
  3.1 半圆柱形量水槽的量水原理  26
  3.2 半圆柱形量水槽的流量公式  26-29
    3.2.1 流量公式的量纲分析  26-27
    3.2.2 流量公式的建立  27-29
第四章矩形渠道半圆柱形量水槽试验结果分析  29-44
  4.1 测流精度分析  29
  4.2 半圆柱形量水槽临界淹没度分析  29-30
  4.3 半圆柱形量水槽壅水高度分析  30-31
  4.4 半圆柱形量水槽上游流态  31-32
  4.5 水头损失分析  32-34
  4.6 水跃及相关系数分析  34-37
    4.6.1 流速系数  34-35
    4.6.2 水跃形式  35-36
    4.6.3 水跃的消能率  36-37
  4.7 水面线分析  37-40
  4.8 中垂线流速分布分析  40-43
  4.9 本章小结  43-44
第五章结论与建议  44-46
  5.1 结论  44
  5.2 建议  44-46
参考文献  46-50
致谢  50-51
作者简介  51

矩形渠道半圆柱形量水槽试验研究

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