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U形渠道机翼形量水槽试验研究

作　者: 洪成
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: U 形渠道机翼形量水槽流量公式淹没度水头损失
分类号: S277.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 85次
引　用: 8次
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内容摘要

本文对灌区现有的常用量水设备进行了总结,并指出了这些量水设备的优缺点及使用条件。在此基础上,分析得出从经济实用、稳定可靠角度出发,槽类量水建筑物应该是灌区最适合、最易大范围推广应用的量水设施,未来槽类量水建筑物的开发和研究,应该是解决灌区量水问题的主要途径。在导师指导下,本文提出了一种新型的U 形渠道量水槽,即机翼形量水槽,为了分析论证其在U 形渠道上应用的可行性、实用性,并探讨其量水特性,本文选取了8 种不同收缩比的机翼形量水槽分别在西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室和水工厅进行了试验研究,并取得了一定的研究成果。通过试验和理论分析得出机翼形量水槽在自由出流状态下的两种流量公式,流量公式仅与槽前水深有关,计算方便、简单。两种流量公式的测流精度高,其中系数法得出的半经验半理论流量公式测流平均误差为1.07%,直接拟合法得出的流量公式测流误差为0.97%,符合明渠测流规定的测流误差不大于5%的规范要求。试验结果表明:机翼形量水槽具有较高的临界淹没度。临界淹没度高达0.88,高于U 形渠道直壁式量水槽的临界淹没度(0.84)、半圆柱量水槽的临界淹没度(0.8) 和巴歇尔量水槽的(0.6-0.8)。这种高淹没度,更能在大范围内保证机翼形量水槽在自由出流状态下工作。同时得出机翼形量水槽在小流量、小水深情况下,临界淹没度比大流量、大水深情况时相对大一些,一般可以不考虑淹没的影响。　试验得出,收缩比对流量影响较大。同一水深下,收缩比较大的量水槽过流量较大,收缩比较小的量水槽过流量较小。机翼形量水槽的流量与收缩比成正比,流量随收缩比增大而增大,并且这种规律与U 形渠槽水力条件无关;机翼形量水槽水头损失比较小,水头损失占U 形渠槽上游总水头的8%左右。佛汝德数Fr 是衡量渠槽水流状态的一个指标,堰槽测流一般要求佛汝德数Fr 小于0.5,以保证不形成驻波能够得到精确的水头。试验结果表明,机翼形量水槽佛汝德数Fr 基本小于0.5,仅有个别点据数值稍大于0.5,符合测流要求。　　　　　本文系统的提出并分析了机翼形量水槽在U 形渠道上量水的特性和实际应用的可行性,从试验研究和理论分析中可以得出,机翼形量水槽具有测流精度高、水头损失较小、淹没度和临界淹没度较高、构造简单、外形美观等优点。研究结果表明,机翼形量水槽可以作为一种新型的U 形渠道量水设施,具有一定的实际应用价值。

全文目录

第一章绪论  9-20
  1.1 量水工作的目的和意义  9-10
  1.2 常用量水设施简介  10-12
    1.2.1 利用水工建筑物量水  11
    1.2.2 利用特设量水设备量水  11-12
    1.2.3 量水仪表(计)类  12
    1.2.4 量水设施的特点和应具备的条件  12
  1.3 U 形渠道特点  12-13
  1.4 国内外量水槽研究开发进展  13-19
    1.4.1 国内外量水槽研究进展  13-15
    1.4.2 几种典型量水槽简介  15-19
  1.5 本文研究的目的和意义  19-20
第二章 U 形渠道机翼形量水槽的试验方案  20-25
  2.1 试验目的与内容  20
    2.1.1 试验目的  20
    2.1.2 试验内容  20
  2.2 试验布设与试验装置  20-22
    2.2.1 试验布设  20-21
    2.2.2 试验装置  21-22
  2.3 试验方法  22-23
  2.4 试验设计依据  23-25
第三章机翼形量水槽的理论分析与水力计算  25-35
  3.1 机翼形量水槽的构造、测流原理及水流特性  25-27
    3.1.1 机翼形量水槽的构造  25-26
    3.1.2 机翼形量水槽测流原理  26
    3.1.3 机翼形量水槽自由出流时的水流特性  26-27
  3.2 机翼形量水槽流量公式与流量系数表达式  27-30
  3.3 U 形渠槽过水断面水力要素计算方法  30-32
    3.3.1 U 形渠槽断面参数  30
    3.3.2 断面面积计算方法  30-32
  3.4 机翼形量水槽临界水深分析与计算  32-33
  3.5 本章小结  33-35
第四章自由出流时流量公式与量水精度  35-44
  4.1 水位流量关系  35-36
    4.1.1 临界水深 HK与上游水深 H关系  35
    4.1.2 上游水头 H0 与上游水深 H关系  35-36
  4.2 用系数法推求自由出流时机翼形量水槽流量公式  36-38
    4.2.1 流速系数与流量系数经验式  36-38
    4.2.2 流量公式经验式  38
  4.3 直接拟合流量公式法  38-40
  4.4 两种流量公式量水精度比较  40-42
  4.5 本章小结  42-44
第五章试验研究与结果分析  44-53
  5.1 收缩比影响研究  44-46
    5.1.1 收缩比对流量的影响  44-45
    5.1.2 收缩比对上游水头的影响  45-46
  5.2 佛汝德数  46-47
  5.3 淹没度与临界淹没度  47-50
    5.3.1 淹没度  47-48
    5.3.2 临界淹没度  48-50
  5.4 水头损失  50-52
  5.5 本章小结  52-53
第六章结论与展望  53-55
  6.1 结论  53-54
  6.2 存在的不足和还需要进一步做的工作  54-55
参考文献  55-60
致谢  60-61
作者简介  61

U形渠道机翼形量水槽试验研究

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